Netty之JavaBIO编程模型介绍

  最近打算再次整理下Netty的相关内容，但是要把Netty弄的比较清楚，我们首先需要对Java中的BIO,NIO及AIO要比较清楚，所以我们前面会花几篇文章先把这块的内容整理出来。

JavaBIO编程模型介绍

1.I/O模型介绍

1.1 什么是I/O模型

  简单的理解：就是用什么样的通道进行数据的发送和接收，很大程度上决定了程序通信的性能。java共支持3种网络编程模型:

1. BIO
2. NIO
3. AIO

1.2 Java BIO

  同步并且阻塞(传统阻塞型)，服务器实现模式为一个连接一个线程，即客户端有连接请求时服务端需要启动一个线程进行处理，如果这个连接不做任何事情，会造成不必要的线程开销。

1.3 Java NIO

  同步非阻塞，服务器实现模式为一个线程处理多个请求，即客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器上，多路复用器轮询到连接有I/O请求就进行处理

1.4 Java AIO

  AIO也称为NIO2,异步非阻塞，AIO引入异步通道的概念，采用了Proactor模式，简化了程序的编写，有效的请求才启动线程，它的特点是先由操作系统完成后才通知服务端程序启动线程去处理，一般适用于连接数较多且连接时间较长的应用。

2.BIO、NIO、AIO适用场景介绍

模型	场景
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。
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。
AIO	方式使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。

3.BIO基本介绍

  Java BIO 就是传统的java io 编程，其相关的类和接口在 java.io
  BIO(blocking I/O) ：同步阻塞，服务器实现模式为一个连接一个线程，即客户端有连接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理，如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销，可以通过线程池机制改善(实现多个客户连接服务器)。

  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，程序简单易理解

4.BIO工作机制

流程描述:

1. 服务器端启动一个ServerSocket
2. 客户端启动Socket对服务器进行通信，默认情况下服务器端需要对每个客户 建立一个线程与之通讯
3. 客户端发出请求后, 先咨询服务器是否有线程响应，如果没有则会等待，或者被拒绝
4. 如果有响应，客户端线程会等待请求结束后，在继续执行

5.BIO应用实例

  接下来我们通过一个小的DEMO案例来看看
BioServer

package com.dpb.netty.bio;

import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

/**
 * @program: netty4demo
 * @description:
 * @author: 波波烤鸭
 * @create: 2019-12-28 10:42
 */
public class BioServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception {

        //线程池机制
        ExecutorService newCachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();

        //创建ServerSocket
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666);

        System.out.println("服务器启动了");

        while (true) {

            System.out.println("线程信息 id =" + Thread.currentThread().getId() + " 名字=" + Thread.currentThread().getName());
            //监听，等待客户端连接
            System.out.println("等待连接....");
            final Socket socket = serverSocket.accept();
            System.out.println("连接到一个客户端");

            //就创建一个线程，与之通讯(单独写一个方法)
            newCachedThreadPool.execute(new Runnable() {
                public void run() { //我们重写
                    //可以和客户端通讯
                    handler(socket);
                }
            });
        }
    }

    //编写一个handler方法，和客户端通讯
    public static void handler(Socket socket) {
        try {
            System.out.println("线程信息 id =" + Thread.currentThread().getId() + " 名字=" + Thread.currentThread().getName());
            byte[] bytes = new byte[1024];
            //通过socket 获取输入流
            InputStream inputStream = socket.getInputStream();
            //循环的读取客户端发送的数据
            while (true) {
                System.out.println("线程信息 id =" + Thread.currentThread().getId() + " 名字=" + Thread.currentThread().getName());
                System.out.println("read....");
                int read =  inputStream.read(bytes);
                if(read != -1) {
                    System.out.println(new String(bytes, 0, read
                    )); //输出客户端发送的数据
                } else {
                    break;
                }
            }
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            System.out.println("关闭和client的连接");
            try {
                socket.close();
            }catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

BioClient

package com.dpb.netty.bio;

import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;

/**
 * @program: netty4demo
 * @description:
 * @author: 波波烤鸭
 * @create: 2019-12-28 10:45
 */
public class BioClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Socket socket = new Socket("localhost",6666);
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        out.write("hello ...".getBytes());
        out.flush();
        out.close();
    }
}

执行效果:

6.BIO问题分析

  最后我们来分析下BIO所具有的一些问题。

1. 每个请求都需要创建独立的线程，与对应的客户端进行数据 Read，业务处理，数据 Write 。
2. 当并发数较大时，需要创建大量线程来处理连接，系统资源占用较大。
3. 连接建立后，如果当前线程暂时没有数据可读，则线程就阻塞在 Read 操作上，造成线程资源浪费