JAVA高并发网络编程之BIO堵塞网络编程
上次说了网络编程都是有操作系统统一的API的，每个语言有对它的实现，这次来一起说说通过java原生的socket编程完成BIO的网络编程。
（一）JAVA堵塞的网络应用
- ① 服务端代码编写
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
public class BIOServer {
public static void main(String[] args) throws Exception {
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8081);
System.out.println("服务器启动成功");
while (!serverSocket.isClosed()) {
Socket request = serverSocket.accept();// 阻塞
System.out.println("收到新连接 : " + request.toString());
try {
// 接收数据、打印
InputStream inputStream = request.getInputStream(); // net + i/o
BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream, "utf-8"));
String msg;
while ((msg = reader.readLine()) != null) { // 没有数据，阻塞
if (msg.length() == 0) {
break;
}
System.out.println(msg);
}
System.out.println("收到数据,来自："+ request.toString());
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
try {
request.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
serverSocket.close();
}
}
- ② 客户端代码编写
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
import java.nio.charset.Charset;
import java.util.Scanner;
public class BIOClient {
private static Charset charset = Charset.forName("UTF-8");
public static void main(String[] args) throws Exception {
Socket s = new Socket("localhost", 8081);
OutputStream out = s.getOutputStream();
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
System.out.println("请输入：");
String msg = scanner.nextLine();
out.write(msg.getBytes(charset)); // 阻塞，写完成
scanner.close();
s.close();
}
}
多客户端的尝试下，多个BIOClient
一个一个处理的，也只能一次处理一个，也不太符合网络编程的需求，没有数据会堵塞。
（二）JAVA多线程的网络应用
- ① 服务端多线程池代码
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
// 多线程支持
public class BIOServer1 {
private static ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();
public static void main(String[] args) throws Exception {
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8081);
System.out.println("tomcat 服务器启动成功");
while (!serverSocket.isClosed()) {
Socket request = serverSocket.accept();
System.out.println("收到新连接 : " + request.toString());
threadPool.execute(() -> {
try {
// 接收数据、打印
InputStream inputStream = request.getInputStream();
BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream, "utf-8"));
String msg;
while ((msg = reader.readLine()) != null) { // 阻塞
if (msg.length() == 0) {
break;
}
System.out.println(msg);
}
System.out.println("收到数据,来自："+ request.toString());
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
try {
request.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
}
serverSocket.close();
}
}
- ② 客户端代码
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
import java.nio.charset.Charset;
import java.util.Scanner;
public class BIOClient {
private static Charset charset = Charset.forName("UTF-8");
public static void main(String[] args) throws Exception {
Socket s = new Socket("localhost", 8081);
OutputStream out = s.getOutputStream();
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
System.out.println("请输入：");
String msg = scanner.nextLine();
out.write(msg.getBytes(charset)); // 阻塞，写完成
scanner.close();
s.close();
}
}
从服务端的代码入手来分析一波，在获取到套接字后，将套接字放入线程池中去管理，而线程池又是有固定大小的，超出线程池的部分会进入等待队列，因此得出结论，上述代码，能支持多少并发请求，取决于线程池的核心线程数量。
- ③ http的方式访问
从浏览器的访问结果来看，这里是访问失败的，但是服务端却又打印出了相应的连接信息，这就奇怪了，这是由什么原因找错的呢？其实这里，是Http 协议 造成的.
（三）HTTP 协议
- ① 请求包分析
请求数据包内容 可 概括为 四部分
- 请求行（第一行 部分） – > 请求类型，资源路径 以及 HTTP协议版本。
- 请求头部 (紧接着请求行，即第一行之后的部分) --> 用来说明服务器要使用的附加信息。
- 空行 （只有存在请求数据的时候，才能看见空行） --> 请求头部后面的空行是必须的 请求头部和数据主体之间必须有换行。
- 请求数据（也叫主体） --> 可以添加任意的数据。这部分 的内容, 我们的url 中 的各种参数都是属于请求数据这一部分的。。
GET / HTTP/1.1
Host: localhost:8081
Connection: keep-alive
Upgrade-Insecure-Requests: 1
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/74.0.3729.169 Safari/537.36
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/webp,image/apng,*/*;q=0.8,application/signed-exchange;v=b3
Accept-Encoding: gzip, deflate, br
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.9,en;q=0.8
- ② 响应数据包解析
HTTP/1.1 200 OK
Content-Length:11
Hellow World
响应数据 也是由 四部分构成
- 状态行：Http版本、状态码、状态消息。
- 响应报头部（紧接着请求行，即第一行之后的部分） ：用来说明服务器要使用的附加信息。
- 空行：头部后面的空行是必须的，头部和数据主体之间必须有换行。
- 响应正文 ： 可以添加任何的数据。例如上面响应正文为“Hello World”。
- ③ 响应状态码
1XX（临时响应）
表示临时响应并需要请求者继续执行操作的状态代码。
2XX（成功）
表示成功处理了请求的状态代码。
3XX（重定向）
表示要完成请求，需要进一步操作。通常，这些状态代码用来重定向。
4XX（请求错误）
这些状态代码表示请求可能出错，妨碍了服务器的处理。
5XX（服务器错误）
这些装填代码表示服务器尝试处理请求时发生内部错误。这些错误可能是服务器本身的错误，而不是请求出错。
（四）socket支持浏览器请求
升级，是对Http 协议的支持，也就是通过 Outputstream 对 http协议的请求进行一次响应。让服务器可以支持浏览器的访问。
- ① 服务端
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class BIOServer2 {
private static ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();
public static void main(String[] args) throws Exception {
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8082);
System.out.println("服务器启动成功");
while (!serverSocket.isClosed()) {
Socket request = serverSocket.accept();
System.out.println("收到新连接 : " + request.toString());
threadPool.execute(() -> {
try {
// 接收数据、打印
InputStream inputStream = request.getInputStream();
BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream, "utf-8"));
String msg;
while ((msg = reader.readLine()) != null) {
if (msg.length() == 0) {
break;
}
System.out.println(msg);
}
System.out.println("收到数据,来自："+ request.toString());
// 响应结果 200
OutputStream outputStream = request.getOutputStream();
outputStream.write("HTTP/1.1 200 OK\r\n".getBytes());
outputStream.write("Content-Length: 11\r\n\r\n".getBytes());
outputStream.write("Hello World".getBytes());
outputStream.flush();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
try {
request.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
}
serverSocket.close();
}
}
返回添加了增加http请求的协议，这个协议是全球通用。
- ② 客户端
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
import java.nio.charset.Charset;
import java.util.Scanner;
public class BIOClient {
private static Charset charset = Charset.forName("UTF-8");
public static void main(String[] args) throws Exception {
Socket s = new Socket("localhost", 8082);
OutputStream out = s.getOutputStream();
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
System.out.println("请输入：");
String msg = scanner.nextLine();
out.write(msg.getBytes(charset)); // 阻塞，写完成
scanner.close();
s.close();
}
}
网页打开后，访问端口返回了helloWorld
这个通过socket支持http的方式，其实就是一个开发网络协议的工程，如果需要支持更多的协议，需要在tcp之上运用更多的协议，说完支持http协议，BIO这块基本就告一段落了，发现java对于网络的封装还是比较友好，比较便捷的，同时要应用级别的开发，更强大的功能，直接去socket它是支持不了的，需要更加高级的协议，应用层协议，刚刚http，所谓的协议客户端服务端之前，要进行交互，要支持像http某指定的url，需要有一个特定的规范，这就叫做协议，输入数据和响应数据都是要根据这个协议来完成的。
（五）阻塞IO的含义
阻塞IO
资源不可用时，IO请求一直阻塞，知道反馈结果（有数据或超时）。
非阻塞IO
资源不可用时，IO请求离开返回，返回数据标识资源不可用。
同步IO
应用阻塞在发送或接收数据的状态，知道数据成功传输或返回失败。
异步IO
应用发送或接收数据后立刻返回，实际处理是异步执行的。
阻塞和非阻塞是获取资源的方式，同步/异步是程序如何处理资源的逻辑方式。
- 带来的问题
阻塞导致在处理网络I/O，一个线程只能处理一个网络连接。
PS：阻塞就一直等待，这也是NIO出现的原因，一个线程好不容易在操作系统上申请一个宝贵的资源，JVM也为它创建了一个对象，宝贵的内存分给他一部分了，结果他只是去等待，这样不太好，想象也可以想象的到。非万不得不用阻塞IO。
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原始发表：2020-11-16，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除
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