阿里面试题BIO和NIO数量问题附答案和代码

Posted 2020-12-19

一、问题

BIO 和 NIO 作为 Server 端，当建立了 10 个连接时，分别产生多少个线程？

答案： 因为传统的 IO 也就是 BIO 是同步线程堵塞的，所以每个连接都要分配一个专用线程来处理请求，这样 10 个连接就会创建 10 个线程去处理。而 NIO 是一种同步非阻塞的 I/O 模型，它的核心技术是多路复用，可以使用一个链接上的不同通道来处理不同的请求，所以即使有 10 个连接，对于 NIO 来说，开启 1 个线程就够了。

二、BIO 代码实现

public

class

DemoServer

extends

Thread

{

private

ServerSocket
 serverSocket
;

public

int
 getPort
()

{

return
  serverSocket
.
getLocalPort
();

}

public

void
 run
()

{

try

{
            serverSocket 
=

new

ServerSocket
(
0
);

while

(
true
)

{

Socket
 socket 
=
 serverSocket
.
accept
();

RequestHandler
 requestHandler 
=

new

RequestHandler
(
socket
);
                requestHandler
.
start
();

}

}

catch

(
IOException
 e
)

{
            e
.
printStackTrace
();

}

finally

{

if

(
serverSocket 
!=

null
)

{

try

{
                    serverSocket
.
close
();

}

catch

(
IOException
 e
)

{
                    e
.
printStackTrace
();

}

}

}

}

public

static

void
 main
(
String
[]
 args
)

throws

IOException

{

DemoServer
 server 
=

new

DemoServer
();
        server
.
start
();

try

(
Socket
 client 
=

new

Socket
(
InetAddress
.
getLocalHost
(),
 server
.
getPort
()))

{

BufferedReader
 bufferedReader 
=

new

BufferedReader
(
new

InputStreamReader
(
client
.
getInputStream
()));
            bufferedReader
.
lines
().
forEach
(
s 
->

System
.
out
.
println
(
s
));

}

}

}
// 简化实现，不做读取，直接发送字符串
class

RequestHandler

extends

Thread

{

private

Socket
 socket
;

RequestHandler
(
Socket
 socket
)

{

this
.
socket 
=
 socket
;

}

@Override

public

void
 run
()

{

try

(
PrintWriter
 out 
=

new

PrintWriter
(
socket
.
getOutputStream
());)

{
            out
.
println
(
"Hello world!"
);
            out
.
flush
();

}

catch

(
Exception
 e
)

{
            e
.
printStackTrace
();

}

}

}

• 服务器端启动 ServerSocket，端口 0 表示自动绑定一个空闲端口。
• 调用 accept 方法，阻塞等待客户端连接。
• 利用 Socket 模拟了一个简单的客户端，只进行连接、读取、打印。
• 当连接建立后，启动一个单独线程负责回复客户端请求。
  这样，一个简单的 Socket 服务器就被实现出来了。

(图片来源于杨晓峰)

三、NIO 代码实现

public

class

Nioserver

extends

Thread

{

public

void
 run
()

{

try

(
Selector
 selector 
=

Selector
.
open
();

ServerSocketChannel
 serverSocket 
=

ServerSocketChannel
.
open
();)

{
// 创建 Selector 和 Channel
            serverSocket
.
bind
(
new

InetSocketAddress
(
InetAddress
.
getLocalHost
(),

8888
));
            serverSocket
.
configureBlocking
(
false
);

// 注册到 Selector，并说明关注点
            serverSocket
.
register
(
selector
,

SelectionKey
.
OP_ACCEPT
);

while

(
true
)

{
                selector
.
select
();
// 阻塞等待就绪的 Channel，这是关键点之一

Set
<
SelectionKey
>
 selectedKeys 
=
 selector
.
selectedKeys
();

Iterator
<
SelectionKey
>
 iter 
=
 selectedKeys
.
iterator
();

while

(
iter
.
hasNext
())

{

SelectionKey
 key 
=
 iter
.
next
();

// 生产系统中一般会额外进行就绪状态检查
                    sayHelloWorld
((
ServerSocketChannel
)
 key
.
channel
());
                    iter
.
remove
();

}

}

}

catch

(
IOException
 e
)

{
            e
.
printStackTrace
();

}

}

private

void
 sayHelloWorld
(
ServerSocketChannel
 server
)

throws

IOException

{

try

(
SocketChannel
 client 
=
 server
.
accept
();)

{
          client
.
write
(
Charset
.
defaultCharset
().
encode
(
"Hello world!"
));

}

}

// 省略了与前面类似的 main
}

• • 首先，通过 Selector.open() 创建一个 Selector，作为类似调度员的角色。
• • 然后，创建一个 ServerSocketChannel，并且向 Selector 注册，通过指定 SelectionKey.OP_ACCEPT，告诉调度员，它关注的是新的连接请求。注意：为什么我们要明确配置非阻塞模式呢？这是因为阻塞模式下，注册操作是不允许的，会抛出 IllegalBlockingModeException 异常。
• • Selector 阻塞在 select 操作，当有 Channel 发生接入请求，就会被唤醒。
• • 在 sayHelloWorld 方法中，通过 SocketChannel 和 Buffer 进行数据操作，在本例中是发送了一段字符串。
    可以看到，在前面两个样例中，IO 都是同步阻塞模式，所以需要多线程以实现多任务处理。而 NIO 则是利用了单线程轮询事件的机制，通过高效地定位就绪的 Channel，来决定做什么，仅仅 select 阶段是阻塞的，可以有效避免大量客户端连接时，频繁线程切换带来的问题，应用的扩展能力有了非常大的提高。下面这张图对这种实现思路进行了形象地说明。

(图片来源于杨晓峰)

四、参考资料

杨晓峰《Java核心36讲》

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