JAVA中的I/O模型-BIO

原创

Montos

修改于 2021-03-10 17:45:05

4520

修改于 2021-03-10 17:45:05

文章被收录于专栏：Java学习之道

微信公众号：码上就有公众号的文章名称：JAVA中的I/O模型-多路复用

背景

在日常的IO模型中，我们应该听过BIO、NIO以及AIO。对于BIO和NIO想必许多开发接触过,至于后面的AIO可能大部分都是没有使用过（可能停留在Demo上）。但是对于其中的原理真的都了解了吗？知道其中的是如何完成任务的嘛？跟着我走，带你认真的学习下相关知识！！！！

环境相关介绍:

1.8 - JDK (1.6前后有版本变化)

CentOS Linux release 7.8.2003 (Core)

BIO

BIO是一个阻塞式，那接下来就看看为什么是阻塞式的？哪里阻塞了？

Demo

以下代码防止云主机上进行运行（序号是直接set nu，没考虑从0开始）

 12 public class BIO {
 13 
 14     public static void main(String[] args) throws IOException {
 15         ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
 16         System.out.println("step1 : new ServerSocket(8888) ");
 17         while (true) {
 18             Socket accept = serverSocket.accept();
 19             System.out.println("step2  accept client: " + accept.getPort());
 20             new Thread(new Runnable() {
 21                 Socket ss;
 22                 public Runnable setSS(Socket s) {
 23                     ss = s;
 24                     return this;
 25                 }
 26                 public void run() {
 27                     try {
 28                         InputStream inputStream = ss.getInputStream();
 29                         BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream));
 30                         while (true) {
 31                             System.out.println(reader.readLine());
 32                         }
 33                     } catch (IOException e) {
 34                         e.printStackTrace();
 35                     }
 36                 }
 37             }.setSS(accept)).start();
 38         }
 39     }
 40 }

过程详解

当我们通过编译之后运行起来，通过命令找到对应指令文件查看（这里区分下主进程以及当socket创建完成之后子进程的文件，我会把主要部分摘取出来）。

主进程文件:

2819 socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_IP) = 7
2820 fcntl(7, F_GETFL)                       = 0x2 (flags O_RDWR)
2821 fcntl(7, F_SETFL, O_RDWR|O_NONBLOCK)    = 0
2822 setsockopt(7, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, [1], 4) = 0
2823 lseek(3, 65120315, SEEK_SET)            = 65120315
2824 read(3, "PK\3\4\n\0\0\10\0\0X\203\6Q~\244\245j\301\3\0\0\301\3\0\0\26\0\0\0", 30) = 30
2825 lseek(3, 65120367, SEEK_SET)            = 65120367
2826 read(3, "\312\376\272\276\0\0\0004\0.\n\0\10\0#\t\0\7\0$\n\0\t\0%\n\0\t\0&\7\0"..., 961) = 961
2827 lseek(3, 65112663, SEEK_SET)            = 65112663
2828 read(3, "PK\3\4\n\0\0\10\0\0X\203\6Q\17umL\251\35\0\0\251\35\0\0\35\0\0\0", 30) = 30
2829 lseek(3, 65112722, SEEK_SET)            = 65112722
2830 read(3, "\312\376\272\276\0\0\0004\1^\n\0Y\0\275\7\0\276\10\0\277\n\0\2\0\300\n\0\301\0\302\7"..., 7593) = 7593
2831 lseek(3, 65112085, SEEK_SET)            = 65112085
2832 read(3, "PK\3\4\n\0\0\10\0\0X\203\6Q\247F\361\221\5\2\0\0\5\2\0\0\37\0\0\0", 30) = 30
2833 lseek(3, 65112146, SEEK_SET)            = 65112146
2834 read(3, "\312\376\272\276\0\0\0004\0\32\n\0\3\0\24\7\0\26\7\0\27\1\0\6<init>\1\0"..., 517) = 517
2835 bind(7, {sa_family=AF_INET, sin_port=htons(8888), sin_addr=inet_addr("0.0.0.0")}, 16) = 0
2836 listen(7, 50)                           = 0
2837 futex(0x7fd378110954, FUTEX_WAKE_OP_PRIVATE, 1, 1, 0x7fd378110950, FUTEX_OP_SET<<28|0<<12|FUTEX_OP_CMP_GT<<24|0x1) = 1
2838 write(1, "step1 : new ServerSocket(8888) ", 31) = 31
2839 write(1, "\n", 1)                       = 1
2840 lseek(3, 65254201, SEEK_SET)            = 65254201
2841 read(3, "PK\3\4\n\0\0\10\0\0N\203\6Q\311g\27\21\315A\0\0\315A\0\0\25\0\0\0", 30) = 30
2842 lseek(3, 65254252, SEEK_SET)            = 65254252
2843 read(3, "\312\376\272\276\0\0\0004\2#\n\0\6\1S\t\0\236\1T\t\0\236\1U\t\0\236\1V\t\0"..., 16845) = 16845
2844 poll([{fd=7, events=POLLIN|POLLERR}], 1, -1

上面的主文件我们只需要关注2819、2835、2836以及2844四行，前三行分别对应的是socket的创建，以及绑定端口和监听事件。而后面的poll则是一个等待事件函数，我们接下来看看方法描述。

再看下方法返回值：

可看出poll是等待客户端连接的一个函数，如果当前没有客户端连接，则会一直等待。

接下来我这边就触发一个客户端的连接，让程序进行下去。

主进程文件：

2844 poll([{fd=7, events=POLLIN|POLLERR}], 1, -1) = 1 ([{fd=7, revents=POLLIN}])
2845 accept(7, {sa_family=AF_INET, sin_port=htons(48408), sin_addr=inet_addr("127.0.0.1")}, [16]) = 8
2846 fcntl(8, F_GETFL)                       = 0x2 (flags O_RDWR)
2847 fcntl(8, F_SETFL, O_RDWR)               = 0
2848 write(1, "step2  accept client: 48408", 27) = 27
2849 write(1, "\n", 1)                       = 1
2850 stat("/root/straceDir/bio/BIO$1.class", {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=1080, ...}) = 0
2851 open("/root/straceDir/bio/BIO$1.class", O_RDONLY) = 9
2852 fstat(9, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=1080, ...}) = 0
2853 futex(0x7f2e4811dc54, FUTEX_WAKE_OP_PRIVATE, 1, 1, 0x7f2e4811dc50, FUTEX_OP_SET<<28|0<<12|FUTEX_OP_CMP_GT<<24|0x1) = 1
2854 futex(0x7f2e4811dc28, FUTEX_WAKE_PRIVATE, 1) = 0
2855 stat("/root/straceDir/bio/BIO$1.class", {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=1080, ...}) = 0
2856 read(9, "\312\376\272\276\0\0\0004\0H\n\0\16\0#\t\0\r\0$\n\0%\0&\7\0'\7\0(\n"..., 1024) = 1024
2857 read(9, "\30\7\0\32\7\0\33\377\0\f\0\1\7\0\34\0\1\7\0\35\0\3\0\36\0\0\0\2\0\37\0 "..., 56) = 56
2858 close(9)                                = 0
2859 lseek(3, 69644382, SEEK_SET)            = 69644382
2860 read(3, "PK\3\4\n\0\0\10\0\0J\203\6QS\211A\367?\10\0\0?\10\0\0;\0\0\0", 30) = 30
2861 lseek(3, 69644471, SEEK_SET)            = 69644471
2862 read(3, "\312\376\272\276\0\0\0004\0H\7\0003\n\0\v\0004\t\0\10\0005\n\0\1\0006\t\0\v\0"..., 2111) = 2111
2863 mmap(NULL, 1052672, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS|MAP_STACK, -1, 0) = 0x7f2e34543000
2864 clone(child_stack=0x7f2e34642fb0, flags=CLONE_VM|CLONE_FS|CLONE_FILES|CLONE_SIGHAND|CLONE_THREAD|CLONE_SYSVSEM|CLONE_SETTLS|CLONE_PARENT_SETTID|CLONE_CHILD_CLEARTID, parent_tidptr=0x7f2     e346439d0, tls=0x7f2e34643700, child_tidptr=0x7f2e346439d0) = 27730

上面我们主要看2844、2845以及2864返回的fd（这里我们是通过代码方式发派到子线程中去接受数据读取）。

上面主要做了两件事：

将对应的连接事件accept（fd还是上面创建的socket）。
克隆一个子进程将任务派发（这里与系统有关，在之前版本是直接在当前进程中操作，不会进行clone）。

我们继续跟到对应子进程中的文件中：

  1 set_robust_list(0x7f2e346439e0, 24)     = 0
  2 gettid()                                = 27730
  3 rt_sigprocmask(SIG_BLOCK, NULL, [QUIT], 8) = 0
  4 rt_sigprocmask(SIG_UNBLOCK, [HUP INT ILL BUS FPE SEGV USR2 TERM], NULL, 8) = 0
  5 rt_sigprocmask(SIG_BLOCK, [QUIT], NULL, 8) = 0
  6 futex(0x7f2e4804c454, FUTEX_WAKE_OP_PRIVATE, 1, 1, 0x7f2e4804c450, FUTEX_OP_SET<<28|0<<12|FUTEX_OP_CMP_GT<<24|0x1) = 1
  7 futex(0x7f2e4815da54, FUTEX_WAIT_PRIVATE, 1, NULL) = 0
  8 futex(0x7f2e4815da28, FUTEX_WAKE_PRIVATE, 1) = 0
  9 mmap(NULL, 134217728, PROT_NONE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS|MAP_NORESERVE, -1, 0) = 0x7f2dfc000000
 10 munmap(0x7f2e00000000, 67108864)        = 0
 11 mprotect(0x7f2dfc000000, 135168, PROT_READ|PROT_WRITE) = 0
 12 sched_getaffinity(27730, 32, [0, 1])    = 32
 13 sched_getaffinity(27730, 32, [0, 1])    = 32
 14 mmap(0x7f2e34543000, 12288, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f2e34543000
 15 mprotect(0x7f2e34543000, 12288, PROT_NONE) = 0
 16 prctl(PR_SET_NAME, "Thread-0")          = 0
 17 lseek(3, 31619740, SEEK_SET)            = 31619740
 18 read(3, "PK\3\4\n\0\0\10\0\0N\203\6QJg1\367\267\3\0\0\267\3\0\0\27\0\0\0", 30) = 30
 19 lseek(3, 31619793, SEEK_SET)            = 31619793
 20 read(3, "\312\376\272\276\0\0\0004\0000\t\0\6\0 \n\0\7\0!\t\0\36\0\"\n\0#\0\37\n\0"..., 951) = 951
 21 lseek(3, 31621751, SEEK_SET)            = 31621751
 22 read(3, "PK\3\4\n\0\0\10\0\0O\203\6Q\316\311\205\235s\20\0\0s\20\0\0 \0\0\0", 30) = 30
 23 lseek(3, 31621813, SEEK_SET)            = 31621813
 24 read(3, "\312\376\272\276\0\0\0004\0\266\n\0m\0n\n\0-\0o\t\0,\0p\t\0,\0q\t\0"..., 4211) = 4211
 25 recvfrom(8,

建立连接之后，我们可以看到25行这里，在fd = 8（上面accept事件后产生对应fd=8）这里等待接收数据。