Netty-BIO/NIO/AIO
BIO/NIO/AIO区别
强力推荐Java架构师学习网址：https://qiuyadongsite.github.io/
同步异步阻塞非阻塞-通俗理解
首先来举个例子说明吧，假设你想吃一份盖饭：
同步阻塞：你到饭馆点餐，然后在那等着，还要一边喊：好了没啊！
同步非阻塞：在饭馆点完餐，就去遛狗了。不过溜一会儿，就回饭馆喊一声：好了没啊！
异步阻塞：遛狗的时候，接到饭馆电话，说饭做好了，让您亲自去拿。
异步非阻塞：饭馆打电话说，我们知道您的位置，一会给你送过来，安心遛狗就可以了。
BIO
同步并阻塞，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，当然可以通过线程池机制改善。
服务器处理类：
public class ServerHandler implements Runnable{
private Socket socket ;
public ServerHandler(Socket socket){
this.socket = socket;
}
@Override
public void run() {
BufferedReader in = null;
PrintWriter out = null;
try {
in = new BufferedReader(new InputStreamReader(this.socket.getInputStream()));
out = new PrintWriter(this.socket.getOutputStream(), true);
String body = null;
while(true){
body = in.readLine();
if(body == null) break;
System.out.println("Server :" + body);
out.println("服务器端回送响的应数据.");
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if(in != null){
try {
in.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
if(out != null){
try {
out.close();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
if(socket != null){
try {
socket.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
socket = null;
}
}
}
服务器类：
public class Server {
final static int PROT = 8765;
public static void main(String[] args) {
ServerSocket server = null;
try {
server = new ServerSocket(PROT);
System.out.println(" server start .. ");
//进行阻塞
Socket socket = server.accept();
//新建一个线程执行客户端的任务
new Thread(new ServerHandler(socket)).start();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if(server != null){
try {
server.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
server = null;
}
}
}
客户端类：
public class Client {
final static String ADDRESS = "127.0.0.1";
final static int PORT = 8765;
public static void main(String[] args) {
Socket socket = null;
BufferedReader in = null;
PrintWriter out = null;
try {
socket = new Socket(ADDRESS, PORT);
in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);
//向服务器端发送数据
out.println("接收到客户端的请求数据...");
out.println("接收到客户端的请求数据1111...");
String response = in.readLine();
System.out.println("Client: " + response);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if(in != null){
try {
in.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
if(out != null){
try {
out.close();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
if(socket != null){
try {
socket.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
socket = null;
}
}
}
改进版（线程池）：
服务器处理类：
public class ServerHandler implements Runnable {
private Socket socket;
public ServerHandler (Socket socket){
this.socket = socket;
}
@Override
public void run() {
BufferedReader in = null;
PrintWriter out = null;
try {
in = new BufferedReader(new InputStreamReader(this.socket.getInputStream()));
out = new PrintWriter(this.socket.getOutputStream(), true);
String body = null;
while(true){
body = in.readLine();
if(body == null) break;
System.out.println("Server:" + body);
out.println("Server response");
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if(in != null){
try {
in.close();
} catch (Exception e1) {
e1.printStackTrace();
}
}
if(out != null){
try {
out.close();
} catch (Exception e2) {
e2.printStackTrace();
}
}
if(socket != null){
try {
socket.close();
} catch (Exception e3) {
e3.printStackTrace();
}
}
socket = null;
}
}
}
服务器类：
public class Server {
final static int PORT = 8765;
public static void main(String[] args) {
ServerSocket server = null;
BufferedReader in = null;
PrintWriter out = null;
try {
server = new ServerSocket(PORT);
System.out.println("server start");
Socket socket = null;
HandlerExecutorPool executorPool = new HandlerExecutorPool(50, 1000);
while(true){
socket = server.accept();
executorPool.execute(new ServerHandler(socket));
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if(in != null){
try {
in.close();
} catch (Exception e1) {
e1.printStackTrace();
}
}
if(out != null){
try {
out.close();
} catch (Exception e2) {
e2.printStackTrace();
}
}
if(server != null){
try {
server.close();
} catch (Exception e3) {
e3.printStackTrace();
}
}
server = null;
}
}
}
public class HandlerExecutorPool {
private ExecutorService executor;
public HandlerExecutorPool(int maxPoolSize, int queueSize){
this.executor = new ThreadPoolExecutor(
Runtime.getRuntime().availableProcessors(),
maxPoolSize,
120L,
TimeUnit.SECONDS,
new ArrayBlockingQueue<Runnable>(queueSize));
}
public void execute(Runnable task){
this.executor.execute(task);
}
}
客户类如何上：
NIO
同步非阻塞，服务器实现模式为一个请求一个线程，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请求时才启动一个线程进行处理。
NIO本身是基于事件驱动思想来完成的，其主要想解决的是BIO的大并发问题： 在使用同步I/O的网络应用中，如果要同时处理多个客户端请求，或是在客户端要同时和多个服务器进行通讯，就必须使用多线程来处理。也就是说，将每一个客户端请求分配给一个线程来单独处理。这样做虽然可以达到我们的要求，但同时又会带来另外一个问题。
由于每创建一个线程，就要为这个线程分配一定的内存空间（也叫工作存储器），而且操作系统本身也对线程的总数有一定的限制。如果客户端的请求过多，服务端程序可能会因为不堪重负而拒绝客户端的请求，甚至服务器可能会因此而瘫痪。
NIO基于Reactor，当socket有流可读或可写入socket时，操作系统会相应的通知引用程序进行处理，应用再将流读取到缓冲区或写入操作系统。
也就是说，这个时候，已经不是一个连接就要对应一个处理线程了，而是有效的请求，对应一个线程，当连接没有数据时，是没有工作线程来处理的。
BIO与NIO一个比较重要的不同，是我们使用BIO的时候往往会引入多线程，每个连接一个单独的线程；
而NIO则是使用单线程或者只使用少量的多线程，每个连接共用一个线程。
IO的最重要的地方是当一个连接创建后，不需要对应一个线程，这个连接会被注册到多路复用器上面，所以所有的连接只需要一个线程就可以搞定，当这个线程中的多路复用器进行轮询的时候，发现连接上有请求的话，才开启一个线程进行处理，也就是一个请求一个线程模式。在NIO的处理方式中，当一个请求来的话，开启线程进行处理，可能会等待后端应用的资源(JDBC连接等)，其实这个线程就被阻塞了，当并发上来的话，还是会有BIO一样的问题。
服务器类：
public class Server implements Runnable{
//1 多路复用器（管理所有的通道）
private Selector seletor;
//2 建立缓冲区
private ByteBuffer readBuf = ByteBuffer.allocate(1024);
//3
private ByteBuffer writeBuf = ByteBuffer.allocate(1024);
public Server(int port){
try {
//1 打开路复用器
this.seletor = Selector.open();
//2 打开服务器通道
ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
//3 设置服务器通道为非阻塞模式
ssc.configureBlocking(false);
//4 绑定地址
ssc.bind(new InetSocketAddress(port));
//5 把服务器通道注册到多路复用器上，并且监听阻塞事件
ssc.register(this.seletor, SelectionKey.OP_ACCEPT);
System.out.println("Server start, port :" + port);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
@Override
public void run() {
while(true){
try {
//1 必须要让多路复用器开始监听
this.seletor.select();
//2 返回多路复用器已经选择的结果集
Iterator<SelectionKey> keys = this.seletor.selectedKeys().iterator();
//3 进行遍历
while(keys.hasNext()){
//4 获取一个选择的元素
SelectionKey key = keys.next();
//5 直接从容器中移除就可以了
keys.remove();
//6 如果是有效的
if(key.isValid()){
//7 如果为阻塞状态
if(key.isAcceptable()){
this.accept(key);
}
//8 如果为可读状态
if(key.isReadable()){
this.read(key);
}
//9 写数据
if(key.isWritable()){
//this.write(key); //ssc
}
}
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
private void write(SelectionKey key){
//ServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel) key.channel();
//ssc.register(this.seletor, SelectionKey.OP_WRITE);
}
private void read(SelectionKey key) {
try {
//1 清空缓冲区旧的数据
this.readBuf.clear();
//2 获取之前注册的socket通道对象
SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel();
//3 读取数据
int count = sc.read(this.readBuf);
//4 如果没有数据
if(count == -1){
key.channel().close();
key.cancel();
return;
}
//5 有数据则进行读取 读取之前需要进行复位方法(把position 和limit进行复位)
this.readBuf.flip();
//6 根据缓冲区的数据长度创建相应大小的byte数组，接收缓冲区的数据
byte[] bytes = new byte[this.readBuf.remaining()];
//7 接收缓冲区数据
this.readBuf.get(bytes);
//8 打印结果
String body = new String(bytes).trim();
System.out.println("Server : " + body);
// 9..可以写回给客户端数据
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
private void accept(SelectionKey key) {
try {
//1 获取服务通道
ServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel) key.channel();
//2 执行阻塞方法
SocketChannel sc = ssc.accept();
//3 设置阻塞模式
sc.configureBlocking(false);
//4 注册到多路复用器上，并设置读取标识
sc.register(this.seletor, SelectionKey.OP_READ);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static void main(String[] args) {
new Thread(new Server(8765)).start();;
}
}
客户端类：
public class Client {
//需要一个Selector
public static void main(String[] args) {
//创建连接的地址
InetSocketAddress address = new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8765);
//声明连接通道
SocketChannel sc = null;
//建立缓冲区
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
try {
//打开通道
sc = SocketChannel.open();
//进行连接
sc.connect(address);
while(true){
//定义一个字节数组，然后使用系统录入功能：
byte[] bytes = new byte[1024];
System.in.read(bytes);
//把数据放到缓冲区中
buf.put(bytes);
//对缓冲区进行复位
buf.flip();
//写出数据
sc.write(buf);
//清空缓冲区数据
buf.clear();
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if(sc != null){
try {
sc.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
AIO
与NIO不同，当进行读写操作时，只须直接调用API的read或write方法即可。
这两种方法均为异步的:
对于读操作而言，当有流可读取时，操作系统会将可读的流传入read方法的缓冲区，并通知应用程序；
对于写操作而言，当操作系统将write方法传递的流写入完毕时，操作系统主动通知应用程序。
即可以理解为，read/write方法都是异步的，完成后会主动调用回调函数。
在JDK1.7中，这部分内容被称作NIO.2，主要在java.nio.channels包下增加了下面四个异步通
道：AsynchronousSocketChannelAsynchronousServerSocketChannelAsynchronousFileChannelAsynchronousDatagramChannel其中的read/write方法，会返回一个带回调函数的对象，当执行完读取/写入操作后，直接调用回调函数。
服务器类：
public class Server {
//线程池
private ExecutorService executorService;
//线程组
private AsynchronousChannelGroup threadGroup;
//服务器通道
public AsynchronousServerSocketChannel assc;
public Server(int port){
try {
//创建一个缓存池
executorService = Executors.newCachedThreadPool();
//创建线程组
threadGroup = AsynchronousChannelGroup.withCachedThreadPool(executorService, 1);
//创建服务器通道
assc = AsynchronousServerSocketChannel.open(threadGroup);
//进行绑定
assc.bind(new InetSocketAddress(port));
System.out.println("server start , port : " + port);
//进行阻塞
assc.accept(this, new ServerCompletionHandler());
//一直阻塞 不让服务器停止
Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static void main(String[] args) {
Server server = new Server(8765);
}
}
ServerCompletionHandler:
public class ServerCompletionHandler implements CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel, Server> {
@Override
public void completed(AsynchronousSocketChannel asc, Server attachment) {
//当有下一个客户端接入的时候 直接调用Server的accept方法，这样反复执行下去，保证多个客户端都可以阻塞
attachment.assc.accept(attachment, this);
read(asc);
}
private void read(final AsynchronousSocketChannel asc) {
//读取数据
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
asc.read(buf, buf, new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {
@Override
public void completed(Integer resultSize, ByteBuffer attachment) {
//进行读取之后,重置标识位
attachment.flip();
//获得读取的字节数
System.out.println("Server -> " + "收到客户端的数据长度为:" + resultSize);
//获取读取的数据
String resultData = new String(attachment.array()).trim();
System.out.println("Server -> " + "收到客户端的数据信息为:" + resultData);
String response = "服务器响应, 收到了客户端发来的数据: " + resultData;
write(asc, response);
}
@Override
public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {
exc.printStackTrace();
}
});
}
private void write(AsynchronousSocketChannel asc, String response) {
try {
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
buf.put(response.getBytes());
buf.flip();
asc.write(buf).get();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
@Override
public void failed(Throwable exc, Server attachment) {
exc.printStackTrace();
}
}
客户类
public class Client implements Runnable{
private AsynchronousSocketChannel asc ;
public Client() throws Exception {
asc = AsynchronousSocketChannel.open();
}
public void connect(){
asc.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8765));
}
public void write(String request){
try {
asc.write(ByteBuffer.wrap(request.getBytes())).get();
read();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
private void read() {
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
try {
asc.read(buf).get();
buf.flip();
byte[] respByte = new byte[buf.remaining()];
buf.get(respByte);
System.out.println(new String(respByte,"utf-8").trim());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
} catch (UnsupportedEncodingException e) {
e.printStackTrace();
}
}
@Override
public void run() {
while(true){
}
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
Client c1 = new Client();
c1.connect();
Client c2 = new Client();
c2.connect();
Client c3 = new Client();
c3.connect();
new Thread(c1, "c1").start();
new Thread(c2, "c2").start();
new Thread(c3, "c3").start();
Thread.sleep(1000);
c1.write("c1 aaa");
c2.write("c2 bbbb");
c3.write("c3 ccccc");
}
}
BIO、NIO、AIO适用场景分析:
•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，但程序直观简单易理解。
•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，并发局限于应用中，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。
同步IO和异步IO的区别就在于：数据访问的时候进程是否阻塞！
阻塞IO和非阻塞IO的区别就在于：应用程序的调用是否立即返回！