javaIO网络编程参考

leobhao

发布于 2022-06-28 18:15:23

2350

发布于 2022-06-28 18:15:23

文章被收录于专栏：涓流

Blocking IO(阻塞模式IO)

也叫 同步阻塞IO ，请求数据的进程需要一直阻塞等待读取完成才能返回，同时整个读取的动作也是要同步等待I/O操作的完成才返回。

Java中的实现即是最原始的SocketChannel然后accept

BIO编程模型

传统BIO编程模型实现如下:

{
 ExecutorService executor = Excutors.newFixedThreadPollExecutor(100);//线程池

 ServerSocket serverSocket = new ServerSocket();
 serverSocket.bind(8088);
 while(!Thread.currentThread.isInturrupted()){//主线程死循环等待新连接到来
 Socket socket = serverSocket.accept();
 executor.submit(new ConnectIOnHandler(socket));//为新的连接创建新的线程
 }

class ConnectIOnHandler extends Thread{
    private Socket socket;
    public ConnectIOnHandler(Socket socket){
       this.socket = socket;
    }
    public void run(){
      while(!Thread.currentThread.isInturrupted()&&!socket.isClosed()){死循环处理读写事件
          String someThing = socket.read()....//读取数据
          if(someThing!=null){
             ......//处理数据
             socket.write()....//写数据
          }

      }
    }
}

socket.accept()、socket.read()、socket.write() 三个主要函数都是同步阻塞的，当一个连接在处理I/O的时候，系统是阻塞的，如果是单线程的话必然就挂死在那里；但CPU是被释放出来的，开启多线程，就可以让CPU去处理更多的事情。

这也是所有使用多线程的本质：

利用多核
当I/O阻塞系统，但CPU空闲的时候，可以利用多线程使用CPU资源

BIO模型最本质的问题在于，严重依赖于线程，但线程资源是宝贵的，主要表现于:

线程的创建和销毁成本很高，在Linux这样的操作系统中，线程本质上就是一个进程（Linux中线程并没有定义特殊的数据结构）。创建和销毁都是重量级的系统函数
线程本身占用较大内存，像Java的线程栈，一般至少分配512K～1M的空间，如果系统中的线程数过千，恐怕整个JVM的内存都会被吃掉一半
线程的切换成本是很高的。操作系统发生线程切换的时候，需要保留线程的上下文，然后执行系统调用。如果线程数过高，可能执行线程切换的时间甚至会大于线程执行的时间，这时候带来的表现往往是系统load偏高、CPU sy使用率特别高（超过20%以上)，导致系统几乎陷入不可用的状态
容易造成锯齿状的系统负载。因为系统负载是用活动线程数或CPU核心数，一旦线程数量高但外部网络环境不是很稳定，就很容易造成大量请求的结果同时返回，激活大量阻塞线程从而使系统负载压力过大

当连接数过大的时候，BIO模型是无法应对的

Nonblocking IO(非阻塞IO)

非阻塞 IO 的核心在于使用一个 Selector 来管理多个通道，可以是 SocketChannel，也可以是 ServerSocketChannel，将各个通道注册到 Selector 上，指定监听的事件。

之后可以只用一个线程来轮询这个 Selector，看看上面是否有通道是准备好的，当通道准备好可读或可写，然后才去开始真正的读写，这样速度就很快了。我们就完全没有必要给每个通道都起一个线程

Java中我们将SocketChannel注册到Selector上，即是这种模式

NIO 中 Selector 是对底层操作系统实现的一个抽象，管理通道状态其实都是底层系统实现的，这里简单介绍下在不同系统下的实现：

select：最早的NIO模型，但是只支持注册1024个socket
poll：poll 是 select 的代替者， poll 不在限制socket的数量，但是他与 select 一样，它们都只会告诉你有几个通道准备好了，但是不会告诉你具体是哪几个通道，需要自己进行一次扫描，这样当通道数量很大的时候，扫描一次的时间都很长。
epoll：epoll 能直接返回准备好的通道。

NIO编程模型

在JDK　NIO　中，我们只需要面向　Selector　编程即可:

public class SelectorServer {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Selector selector = Selector.open();

        ServerSocketChannel server = ServerSocketChannel.open();
        server.socket().bind(new InetSocketAddress(8080));

        // 将其注册到 Selector 中，监听 OP_ACCEPT 事件
        server.configureBlocking(false);
        server.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

        while (true) {
            int readyChannels = selector.select();
            if (readyChannels == 0) {
                continue;
            }
            Set<SelectionKey> readyKeys = selector.selectedKeys();
            // 遍历
            Iterator<SelectionKey> iterator = readyKeys.iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
                SelectionKey key = iterator.next();
                iterator.remove();

                if (key.isAcceptable()) {
                    // 有已经接受的新的到服务端的连接
                    SocketChannel socketChannel = server.accept();

                    // 有新的连接并不代表这个通道就有数据，
                    // 这里将这个新的 SocketChannel 注册到 Selector，监听 OP_READ 事件，等待数据
                    socketChannel.configureBlocking(false);
                    socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                } else if (key.isReadable()) {
                    // 有数据可读
                    // 上面一个 if 分支中注册了监听 OP_READ 事件的 SocketChannel
                    SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();
                    ByteBuffer readBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                    int num = socketChannel.read(readBuffer);
                    if (num > 0) {
                        // 处理进来的数据...
                        System.out.println("收到数据：" + new String(readBuffer.array()).trim());
                        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap("返回给客户端的数据...".getBytes());
                        socketChannel.write(buffer);
                    } else if (num == -1) {
                        // -1 代表连接已经关闭
                        socketChannel.close();
                    }
                }
            }
        }
    }
}