Java BIO 编程

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在Java中，主要有三种IO模型，分别是同步阻塞IO (BIO-Blocking I/O)、同步非阻塞IO (NIO-non-blocking I/O)和异步非阻塞IO (AIO-Asynchronous I/O)。BIO 为同步阻塞，一个连接一个线程，资源要求高，适用于连接少且固定的架构。NIO 是同步非阻塞，有 Channel、Buffer、Selector 三大核心，通过多路复用技术，一个线程可处理多个操作，适用于连接多且短的架构。AIO 是异步非阻塞，采用 Proactor 模式，适用于连接多且长的架构。

Java BIO基本介绍

  1. Java BIO就是传统的Java IO编程，其相关的类和接口在java.io包下。
  2. BIO（Blocking I/O）：同步阻塞，服务器实现模式为一个连接一个线程，即客户端有连接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理。如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销，可以通过线程池机制改善。
  3. BIO方式适用于数据数目比较小且固定的架构，这种方式对服务器资源要求比较高，并发局限于应用中，JDK1.4以前的唯一选择，程序简单易理解。

Java BIO 工作机制

BIO编程简单流程

  1. 服务器启动一个ServerSocket。
  2. 客户端启动一个Socket对服务器进行通信，默认情况下，服务器端需要对每一个客户端建立一个线程与之通信。
  3. 客户端发出请求后，先咨询服务器是否有线程相应，如果没有则会等待，或者被拒绝。
  4. 如果有响应，客户端线程会等待请求结束后，再继续执行。

Java BIO应用实例

实例说明

  1. 使用BIO模型编写一个服务器端，监听6666端口，当有客户端连接时，就启动一个线程与之通讯。
  2. 要求使用线程池机制改善，可以连接多个客户端。
  3. 服务端可以接受客户端发送的数据。

代码实现

下面是服务端代码

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package com.wotzc.bio;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class BIOServer {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建线程池
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        // 创建ServerSocket并且监听6666端口
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666);
        while (true) {
            // 监听---一直等待客户端连接
            Socket socket = serverSocket.accept();
            // 连接来了之后，启用一个线程去执行里面的方法
            executorService.execute(() -> {
                try {
                    // 获取客户端发送过来的输入流
                    InputStream inputStream = socket.getInputStream();
                    byte[] bytes = new byte[1024];
                    int read = inputStream.read(bytes);
                    // 读取发送过来的信息并打印
                    if (read != -1) {
                        System.out.println(new String(bytes, 0, read));
                    }
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    // 断开通讯
                    try {
                        socket.close();
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
        }
    }
}

下面是客户端代码

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package com.wotzc.bio;

import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;

public class BIOClient {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建一个socket，并绑定本地ip及6666端口
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 6666);
        // 获取output流
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
        // 向输出流中写入
        outputStream.write("Hello World!".getBytes());
        outputStream.flush();
        // 关闭连接
        socket.close();
    }

}

通过以上代码能够看到：在服务端的控制台中能有信息打印出来，且能得出结论：如果客户端一直没有请求发送，则服务端一直在等待；如果发送过来的数据是空的话，就会引起线程的消耗。

上述服务端可以通过线程池机制改善(实现多个客户连接服务器)。

实例说明：

  1. 使用 BIO 模型编写一个服务器端，监听 6666 端口，当有客户端连接时，就启动一个线程与之通讯。
  2. 要求使用线程池机制改善，可以连接多个客户端。
  3. 服务器端可以接收客户端发送的数据（telnet 方式即可）。
  4. 代码演示：
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package com.wotzc.bio;

import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class BIOServer {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //线程池机制
        //思路
        //1. 创建一个线程池
        //2. 如果有客户端连接，就创建一个线程，与之通讯(单独写一个方法)
        ExecutorService newCachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
        //创建ServerSocket
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666);
        System.out.println("服务器启动了");
        while (true) {
            System.out.println("线程信息id = " + Thread.currentThread().getId() + "名字 = " + Thread.currentThread().getName());
            //监听，等待客户端连接
            System.out.println("等待连接....");
            final Socket socket = serverSocket.accept();
            System.out.println("连接到一个客户端");
            //就创建一个线程，与之通讯(单独写一个方法)
            newCachedThreadPool.execute(new Runnable() {
                public void run() {//我们重写
                    //可以和客户端通讯
                    handler(socket);
                }
            });
        }
    }

    //编写一个handler方法，和客户端通讯
    public static void handler(Socket socket) {
        try {
            System.out.println("线程信息id = " + Thread.currentThread().getId() + "名字 = " + Thread.currentThread().getName());
            byte[] bytes = new byte[1024];
            //通过socket获取输入流
            InputStream inputStream = socket.getInputStream();
            //循环的读取客户端发送的数据
            while (true) {
                System.out.println("线程信息id = " + Thread.currentThread().getId() + "名字 = " + Thread.currentThread().getName());
                System.out.println("read....");
                int read = inputStream.read(bytes);
                if (read != -1) {
                    System.out.println(new String(bytes, 0, read));//输出客户端发送的数据
                } else {
                    break;
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            System.out.println("关闭和client的连接");
            try {
                socket.close();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

}

out:

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服务器启动了
线程信息id = 1名字 = main
等待连接....
连接到一个客户端
线程信息id = 1名字 = main
等待连接....
线程信息id = 12名字 = pool-1-thread-1
线程信息id = 12名字 = pool-1-thread-1
read....
Hello World!
线程信息id = 12名字 = pool-1-thread-1
read....
关闭和client的连接

Java BIO问题分析

  1. 每个请求都需要创建独立的线程，与对应的客户端进行数据读，业务处理，然后再数据写。
  2. 当并发数较大时，需要创建大量的线程来处理连接，系统资源占用较大。
  3. 连接建立后，如果当前线程暂时没有数据可读，则线程就阻塞在读操作上，造成线程资源浪费。