Day467.JavaBIO&NIO编程 -netty

Posted 2021-12-28 阿昌喜欢吃黄桃

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Day467.JavaBIO&NIO编程 -netty相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

Java BIO 编程

一、I/O 模型

I/O 模型简单的理解：就是用什么样的通道进行数据的发送和接收，很大程度上决定了程序通信的性能
Java 共支持 3 种网络编程模型/IO 模式：BIO、NIO、AIO
Java BIO ： 同步并阻塞(传统阻塞型)，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

Java NIO ：同步非阻塞，服务器实现模式为一个线程处理多个请求(连接)，即客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器上，多路复用器轮询到连接有 I/O 请求就进行处理
Java AIO(NIO.2) ： 异步非阻塞，AIO 引入异步通道的概念，采用了 Proactor 模式，简化了程序编写，有效的请求才启动线程，它的特点是先由操作系统完成后才通知服务端程序启动线程去处理，一般适用于连接数较多且连接时间较长的应用

二、BIO、NIO、AIO 适用场景分析

I/O模型	特点	使用场景
BIO	同步并阻塞 1.一个连接对应一个线程 2.线程开销大	连接数目比较小且固定的架构,服务器资源要求比较高,程序简单易理解
NIO	同步非阻塞 1.一个线程处理多个请求(连接) 2.多路复用器轮询到连接有 I/O 请求	连接数目多且连接比较短（轻操作）,比如聊天服务器，弹幕系统，服务器间通讯等。编程比较复杂
AIO	异步非阻塞 1.采用了 Proactor 模式	连接数较多且连接时间较长,比如相册服务器，充分调用 OS 参与并发操作，编程比较复杂

三、Java BIO 基本介绍

Java BIO 就是传统的 java io 编程，其相关的类和接口在 java.io
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(实现多个客户连接服务器)。
BIO 方式适用于连接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

四、Java BIO 工作机制

对BIO 编程流程的梳理:

服务器端启动一个 ServerSocket

客户端启动 Socket 对服务器进行通信，默认情况下服务器端需要对每个客户建立一个线程与之通讯

客户端发出请求后, 先咨询服务器是否有线程响应，如果没有则会等待，或者被拒绝

如果有响应，客户端线程会等待请求结束后，在继续执行

五、Java BIO 应用实例

实例说明：

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。
要求使用线程池机制改善，可以连接多个客户端.
服务器端可以接收客户端发送的数据(telnet 方式即可)。

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();

六、Java BIO 问题分析

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 Read，业务处理，数据 Write 。

当并发数较大时，需要创建大量线程来处理连接，系统资源占用较大。
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 Read 操作上，造成线程资源浪费

Java NIO 编程

一、Java NIO 基本介绍

Java NIO 全称 java non-blocking IO，是指 JDK 提供的新 API。从 JDK1.4 开始，Java 提供了一系列改进的输入/输出的新特性，被统称为 NIO(即 New IO)，是同步非阻塞的
NIO 相关类都被放在 java.nio 包及子包下，并且对原 java.io 包中的很多类进行改写。
NIO 有三大核心部分：Channel( 通道)，Buffer( 缓冲区), Selector( 选择器)
NIO 是区面向缓冲区，向或者面向块编程的。数据读取到一个它稍后处理的缓冲区，需要时可在缓冲区中前后移动，这就增加了处理过程中的灵活性，使用它可以提供非阻塞式的高伸缩性网络
Java NIO 的非阻塞模式，使一个线程从某通道发送请求或者读取数据，但是它仅能得到目前可用的数据，如果目前没有数据可用时，就什么都不会获取，而不是保持线程阻塞，所以直至数据变的可以读取之前，该线程可以继续做其他的事情。非阻塞写也是如此，一个线程请求写入一些数据到某通道，但不需要等待它完全写入，这个线程同时可以去做别的事情。

通俗理解：NIO 是可以做到用一个线程来处理多个操作的。 假设有 10000 个请求过来,根据实际情况，可以分配50 或者 100 个线程来处理。不像之前的阻塞 IO 那样，非得分配 10000 个。
HTTP2.0 使用了多路复用的技术，做到同一个连接并发处理多个请求，而且并发请求的数量比 HTTP1.1 大了好几个数量级

案例说明 NIO 的 Buffer

public class BasicBuffer 
    public static void main(String[] args) 
        //举例说明 Buffer 的使用 (简单说明)
        //创建一个 Buffer, 大小为 5, 即可以存放 5 个 int
        IntBuffer intBuffer = IntBuffer.allocate(5);
        //向 buffer 存放数据
        // intBuffer.put(10);
        // intBuffer.put(11);
        // intBuffer.put(12);
        // intBuffer.put(13);
        // intBuffer.put(14);
        for(int i = 0; i < intBuffer.capacity(); i++) 
            intBuffer.put( i * 2);
        
        //如何从 buffer 读取数据
        //将 buffer 转换，读写切换(!!!)
        intBuffer.flip();
        while (intBuffer.hasRemaining()) 
            System.out.println(intBuffer.get());

二、NIO 和 BIO 的比较

BIO 以流的方式处理数据,而 NIO 以块的方式处理数据,块 I/O 的效率比流 I/O 高很多
BIO 是阻塞的，NIO 则是非阻塞的
BIO 基于字节流和字符流进行操作，而 NIO 基于 Channel(通道)和 Buffer(缓冲区)进行操作，数据总是从通道读取到缓冲区中，或者从缓冲区写入到通道中。Selector(选择器)用于监听多个通道的事件（比如：连接请求，数据到达等），因此使用单个线程就可以监听多个客户端通道

三、NIO 三大核心原理示意图

关系图的说明:

每个 channel 都会对应一个 Buffer
Selector 对应一个线程，一个线程对应多个 channel(连接)
该图反应了有三个 channel 注册到该 selector //程序
程序切换到哪个 channel 是有事件决定的, Event 就是一个重要的概念
Selector 会根据不同的事件，在各个通道上切换
Buffer 就是一个内存块，底层是有一个数组
数据的读取写入是通过 Buffer, 这个和 BIO , BIO 中要么是输入流，或者是输出流, 不能双向，但是 NIO 的 Buffer 是可以读也可以写, 需要 flip 方法切换channel 是双向的, 可以返回底层操作系统的情况, 比如 Linux ，底层的操作系统通道就是双向的.