Java Se : Java NIO（服务端）与BIO（客户端）通信

 

Java目前有三种IO相关的API了,下面简单的说一下:

BIO，阻塞IO，最常用的Java IO API，提供一般的流的读写功能。相信学习Java的人，都用过。

NIO，非阻塞IO，在JDK1.4中开始出现，大量应用与服务器端编程，用于提高并发访问的性能，常用的NIO框架有Netty，Mina。

AIO，异步IO，在JDK1.7开始出现。还没有了解过，等以后了解了再说。

 

阻塞、非阻塞，同步、异步

在写这篇文章前，在网上了解了一下，其中争议最的问题要数阻塞、非阻塞怎么理解，异步、同步怎么理解。

       由于每个人想法的不同，很难达到一个一致的答案，又没有真正的大牛出来给这一个准确的定义。这里也简单的说一下，我对这两组名词的理解。

 

1）阻塞、非阻塞

       我认为，BIO，NIO没有大家想的那么复杂，就是底层实现中进行数据的读写（IO）采取的两种方案，只不过非阻塞读写要比阻塞IO读写更快一些。

bio中的InputStream#read()是一个block方法。

 

2）同步、异步

       同步与异步，我认为说的并不是IO本身，我认为说的是程序采用的编程模型，也就是说采用的是同步的编程模型还是异步的编程模型。

      

       BIO、NIO，他们的区别是操作系统读写数据采用的方式，他们是Java中的概念，在Java领域，他们的底层实现采用的是同步的编程模型。所以说BIO、NIO都是同步的。

       AIO的底层实现应当是异步的编程模型，所以说它是异步IO。

 

这里我只是阐述了我对它们的理解，没有与大家争论到底怎么去理解他们。也许我没有大家想的那么深远，毕竟我只是学习了NIO不到一天时间而已。

 

 

 

 

针对BIO、NIO，服务器编程如何提高性能

       一个程序运行的快慢，一般有会受到两个因素的影响：1）程序代码是否高效，2）IO读写是否高效。曾经看过这么一幅图，大致内容是：一帮不同角色的人（程序员、运维、项目经理等角色的人）在一起讨论一个应用程序效率地下的问题。

程序员说的是：给我3个月时间，我能够让程序运行效率提高，当然了，我要调整代码的整体结构…

       运维说：…

       项目经理说：换用读写更快的硬件设备解决这个问题。

 

       故事我已经无法还原，但是这个故事说的内容就是程序优化带来的效率的提升远不及提高IO速度带来的提升。

 

相比于BIO，NIO就是从读写来提升效率的。性能对于服务器来说尤为重要，服务器端编程并不是都采用了NIO编程。

      

       Tomcat服务器内部，就有BIO、NIO两种方式。

 

1）BIO如何提高并发访问

 

BIO，是一种阻塞IO，服务器端使用BIO进行数据读写时，一般都是采用了一个Socket请求对应一个Thread的方式来提高性能的。

       但是一台服务器上，可以跑的线程数量也是有限制的：线程不是越多越好，毕竟线程间的切换，也是有不小的开销。也不是越少越好，线程太少，极端情况下一个线程，如果用一个线程来解决用户的并发访问，服务器接收一个客户的请求时，其他人都要处于等待状态。你访问网页，多数情况下超过5秒，估计你就关掉它了吧。

　　或者采用线程池方案。

 

2）采用NIO编程时 如何提高并发访问

采用选择器轮询可用通道，读写数据。具体的怎么做的就不说了，网上一大坨一大坨的，虽然网上大家写的大多是copy别人的。下面给会出一个例子，所以这里就不多说了，不知道的可以网上找相关的文章。

 

一个Thread下开一个Selector，一个Selector处理多个Socket通道（也就是多个用于请求），这样就是一个Thread线程可以同时处理多个用户请求。

 

 

孰优孰劣

       假若说，服务器设置同时处理1000个用户请求（也就是1000个处理用户请求的线程）。假若有10000个人来发请求。

如果采用BIO API编程，那么就同时只能为1000个人服务，其他的9000人就处于等待状态。

如果采用NIO API编程，也开启1000个线程，因为一个Thread可以同时处理多个用户请求，咱不说让它处理太多了，就处理10个吧，这样算下来，这个10000个用户请求，就都可以处理了。

 

BIO（客户端）与NIO（服务端）通信

       今天学习了NIO，就用NIO来处理浏览器用户请求吧。浏览器发送的肯定不是采用NIO API发送Socket请求的，肯定是使用了阻塞式IO，也就是对应于Java中的BIO了。

 

package com.fjn.other.nio.socket;



 



import java.io.IOException;



import java.io.InputStream;



import java.io.OutputStream;



import java.net.InetSocketAddress;



import java.net.ServerSocket;



import java.net.Socket;



import java.nio.ByteBuffer;



import java.nio.channels.SelectionKey;



import java.nio.channels.Selector;



import java.nio.channels.ServerSocketChannel;



import java.nio.channels.SocketChannel;



import java.util.ArrayList;



import java.util.Collection;



import java.util.Iterator;



import java.util.concurrent.Callable;



import java.util.concurrent.ExecutorService;



import java.util.concurrent.Executors;



 



@SuppressWarnings({ "unchecked" })



public class NioServer {



       ServerSocketChannel serverChannel;



       ServerSocket serverSocket;



       public final int port;



       private Selector selector;



       ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);



 



       NioServer(final int port) {



              this.port = port;



       }



 



       void init() throws Exception {



 



              // 创建 ServerSocketChannel、ServerSocket



              serverChannel = ServerSocketChannel.open();



              serverSocket = serverChannel.socket();



              serverSocket.bind(new InetSocketAddress(port));



 



              // 设置通道为非阻塞模式



              serverChannel.configureBlocking(false);



 



              // 开启通道选择器，并注册 ServerSocketChannel



              selector = Selector.open();



              serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);



       }



 



       void go() throws Exception {



              while (true) {



                     int num = selector.select();



                     if (num <= 0)



                            continue;



                     Iterator<SelectionKey> keyIter = selector.selectedKeys().iterator();



 



                     while (keyIter.hasNext()) {



                            final SelectionKey key = keyIter.next();



 



                            // 接收一个Socket连接



                            // key.isAcceptable（）如果为true，说明channnel支持accept（）,也就是说明是一个ServerSocketChannel



                            if (key.isAcceptable()) {



                                   SocketChannel clientChannel = serverChannel.accept();



                                   if (clientChannel != null) {



                                          clientChannel.configureBlocking(false);



                                          clientChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ



                                                        | SelectionKey.OP_WRITE);



                                   }



 



                            }



                            // 如果isReadable()为true,说明是一个SocketChannel



                            if (key.isReadable()) {



                                   String requestContent = read(key);



                                   // 业务处理



                                   // responseContent=doSomthing(requestContent);



                                   write(key, "ok" /* responseContent */);



                            }



 



                            keyIter.remove();



                     }



              }



       }



 



       // 从通道读取数据



       String read(SelectionKey key) throws Exception {



              SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();



              buffer.clear();// 这一步必须有



              int len = 0;



              StringBuffer str=new StringBuffer();



              while ((len = socketChannel.read(buffer)) > 0) {



                     byte[] bs = buffer.array();



                     String block=new String(bs, 0, len);



                     System.out.println("Server read: " + block);



                     str.append(block);



              }



              buffer.clear();



              return str.toString();



       }



 



       // 写数据到通道



       void write(SelectionKey key, String str) throws Exception {



              SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();



              buffer.clear();



              buffer.put(str.getBytes());



              buffer.flip();// 这一步必须有



              socketChannel.write(buffer);



       }



 



 



       public static void main(String[] args) throws Exception {



              final int port = 10000;



              NioServer server = new NioServer(port);



              server.init();



///========================================================



              // 接下来模拟3个Client并发访问服务器



              int poolsize = 3;



 



              ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(poolsize);



              Collection<Callable> tasks = new ArrayList<Callable>(10);



              final String clientname="clientThread";



              for (int i = 0; i < poolsize; i++) {



                     final int n = i;



 



                     // 若每一个Client都保持使用BIO方式发送数据到Server，并读取数据。



                     tasks.add(new Callable() {



 



                            @Override



                            public Object call() throws Exception {



 



                                   Socket socket = new Socket("127.0.0.1", port);



                                   final InputStream input = socket.getInputStream();



                                   final OutputStream out = socket.getOutputStream();



                                   final String clientname_n = clientname + "_" + n;



 



                                   // BIO读取数据线程



                                   new Thread(clientname_n + "_read") {



                                          @Override



                                          public void run() {



                                                 byte[] bs = new byte[1024];



                                                 while (true) {



                                                        try {



                                                               Thread.sleep(1000);



                                                        } catch (InterruptedException e) {



                                                               e.printStackTrace();



                                                        }



                                                        int len = 0;



                                                        try {



                                                               while ((len = input.read(bs)) != -1) {



                                                                      System.out.println("Clinet thread "



                                                                                    + Thread.currentThread()



                                                                                                  .getName() + " read: "



                                                                                    + new String(bs, 0, len));



                                                               }



                                                        } catch (IOException e) {



                                                               e.printStackTrace();



                                                        }



                                                 }



                                          }



                                   }.start();



 



                                   // BIO写数据线程



                                   new Thread(clientname_n + "_write") {



                                          @Override



                                          public void run() {



                                                 int a = 0;



                                                 while (true) {



 



                                                        try {



                                                               Thread.sleep(100);



                                                        } catch (InterruptedException e) {



                                                               e.printStackTrace();



                                                        }



                                                        String str = Thread.currentThread().getName()



                                                                      + " hello, " + a;



                                                        try {



                                                               out.write(str.getBytes());



                                                               a++;



                                                        } catch (IOException e) {



                                                               e.printStackTrace();



                                                        }



                                                 }



                                          }



                                   }.start();



 



                                   return null;



                            }



 



                     });



              }



              pool.invokeAll((Collection<? extends Callable<Object>>) tasks);



 



              server.go();



 



       }



}

View Code

上面的测试的是3个Client采用BIO API不断的并发的发送Socket 请求到Server端。Server采用NIO API处理Client的请求并作出响应，然后Client接收响应。