java IO模型（BIO，NIO，AIO）

Posted 2022-08-16 PacosonSWJTU

【README】

本文介绍了 3种 java io模型，包括 BIO，NIO， AIO；

IO模型名称	描述	工作原理
BIO-Blocking IO	同步并阻塞式IO	一个服务器线程处理一个客户端连接
NIO-Non-blocking IO	同步非阻塞式IO	一个服务器线程处理多个客户端连接，使用io多路复用（选择器）；
AIO-Asynchronous IO	异步非阻塞式IO

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【1】应用场景

• 1）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，但程序简单易理解。
• 2）NIO方式：适用于连接数目多且连接比较短（轻操作）的架构，比如聊天服务器，弹幕系统，服务器间通讯等。编程比较复杂，JDK1.4开始支持。 （Netty是基于NIO的）
• 3) AIO方式：适用于连接数目多且连接比较长（重操作）的架构，比如相册服务器，充分调用OS参与并发操作，编程比较复杂，JDK7开始支持。（不常用）

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【1.1】BIO代码实现

1）服务端：

/**
 * @Description 阻塞式IO服务器
 * @author xiao tang
 * @version 1.0.0
 * @createTime 2022年08月13日
 */
public class Bioserver 
    public static void main(String[] args) throws IOException 
        // 创建一个线程池
        ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();
        int order = 0;

        // 创建 服务器 套接字
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666);
        System.out.println("服务器启动成功.");
        while(true) 
            System.out.println("等待客户端请求");
            Socket socket = serverSocket.accept(); // 没有客户端请求，accept阻塞
            System.out.printf("客户端[%d]请求建立连接\\n", ++order);
            final int orderCopy = order;
            threadPool.execute(()->
                handler(socket, orderCopy);
            );
        
    

    /**
     * @description 与客户端通讯
     * @param socket 连接套接字
     * @author xiao tang
     * @date 2022/8/13
     */
    public static void handler(Socket socket, int order) 
        byte[] byteArr = new byte[1024];

        try 
            // 读取客户端发送的数据
            InputStream inputStream = socket.getInputStream();
            int length = 0;
            // 客户端没有数据，read阻塞
//            while( ( length = inputStream.read(byteArr))!= -1) 
//                System.out.println(new String(byteArr, 0, length));
//            
            while(true) 
                System.out.printf("线程id[%s]，等待客户端[%d]发送数据\\n", Thread.currentThread().getId(), order);
                length = inputStream.read(byteArr);
                if (length == -1) break;
                System.out.printf("线程id[%s]，客户端[%d]:" + new String(byteArr, 0, length) + "\\n",  Thread.currentThread().getId(), order);
            
         catch (IOException e) 
            e.printStackTrace();
         finally 
            // 关闭与客户端的连接
            try 
                socket.close();
                System.out.printf("关闭与客户端[%d]的连接\\n", order);
             catch (IOException e) 
            
        
    

2）客户端 ：采用 win10的命令行 telnet 进程；

• 命令行录入  telnet 127.0.0.1 6666
• 录入 ctrl + ] 进入telnet命令行界面
• send hello100 就把hello100 发送给服务器

发送过程如下：

 【小结】

• 显然，在BIO-阻塞式IO模式下，服务器的一个线程处理一个客户端请求；且存在阻塞情况，在客户端数量过多的情况下，性能不高（因为客户端一直挂起，则过多的服务器线程会一直阻塞，浪费大量cpu和内存资源）；
• serverSocket.accept() 在没有客户端请求时，会阻塞；
• inputStream.read(...) 在客户端没有发送数据时，会阻塞；

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