2.1.2 BIO阻塞式网络编程

BIO - 阻塞IO的含义

• 阻塞(blocking) IO: 资源不可用时，IO请求一直阻塞，直到反馈结果（有数据或超时）。
• 非阻塞(non-blocking) IO: 资源不可用时，IO请求离开返回，返回数据标识资源不可用。

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• 同步(synchronous) IO: 应用阻塞在发送或接收数据的状态，直到数据成功传输或返回失败。
• 异步(asynchronous) IO: 应用发送或接收数据后立刻返回，实际处理是异步执行的。

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阻塞和非阻塞是获取资源的方法，同步/异步是程序如何处理资源的逻辑设计。

代码中使用的API: ServerSocket#accept、InputStream#read都是阻塞的API。操作系统底层API中，默认Socket操作都是Blocking型，send/recv等接口都是阻塞的。

带来的问题：阻塞导致在处理网络I/O时，一个线程只能处理一个网络连接。

一个简单的BIOclient

public class BIOclient {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Socket socket = new Socket("localhost",8080);
        OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.println("请输入：");
        String msg = scanner.nextLine();
        outputStream.write(msg.getBytes("utf-8"));//阻塞，写完成
        scanner.close();
        socket.close();
    }
  
}

一个简单的BIOserver

public class BIOserver {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);
        System.out.println("服务器启动成功");
        while (!serverSocket.isClosed()){
            Socket accept = serverSocket.accept();  //阻塞
            System.out.println("收到新连接：" + accept.toString());
            try {
                BufferedReader reader = new BufferedReader(
                  new InputStreamReader(accept.getInputStream(),"utf-8"));
                String msg = null;
                while ((msg = reader.readLine()) != null){      //没有数据，阻塞
                    if (msg.length() == 0){
                        break;
                    }
                    System.out.println(msg);
                }
                System.out.println("收到数据来自" + accept.toString());
            }catch (Exception e){
                e.printStackTrace();
            }finally {
                try {
                    accept.close();
                }catch (Exception e){
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
        serverSocket.close();
    }
}

上面的client和server要注意两点：

• client的outputStream.write()方法和server的serverSocket.accept()、reader.readLine()都是阻塞的
• 因为每个server连接中的读取数据部分是阻塞的，不读取完后无法连接下一个client，我们会使用多线程进行改造。

多线程的BIOserver

public class BIOserver1 {
    private static ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);
        System.out.println("服务器启动成功");
        while (!serverSocket.isClosed()){
            Socket accept = serverSocket.accept();  //阻塞
            System.out.println("收到新连接：" + accept.toString());
            threadPool.execute(()->{
                try {
                    BufferedReader reader = new BufferedReader(
                      new InputStreamReader(accept.getInputStream(),"utf-8"));
                    String msg = null;
                    while ((msg = reader.readLine()) != null){      //没有数据，阻塞
                        if (msg.length() == 0)
                            break;
                        System.out.println(msg);
                    }
                    System.out.println("收到数据来自" + accept.toString());
                }catch (Exception e){
                    e.printStackTrace();
                }finally {
                    try {
                        accept.close();
                    }catch (Exception e){
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });

        }
        serverSocket.close();
    }
}

升级在于创建了一个线程池，每次获取连接后将数据处理部分交给一个新的线程，这样server就可同时获取多个连接。

新的问题又出现了:

当我们用游览器进行访问该server时发现

收到新连接：Socket[addr=/127.0.0.1,port=52773,localport=8080]
GET / HTTP/1.1
Host: localhost:8080
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8
Upgrade-Insecure-Requests: 1
Cookie: Idea-9dd0e25b=425ca930-009d-4d5d-aa44-f30baa5b94b8; wp-settings-time-1=1572414318
User-Agent: Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10_15_2) AppleWebKit/605.1.15 (KHTML, like Gecko) Version/13.0.4 Safari/605.1.15
Accept-Language: zh-cn
Accept-Encoding: gzip, deflate
Connection: keep-alive
收到数据来自Socket[addr=/127.0.0.1,port=52773,localport=8080]

服务器是收到了该请求，但游览器显示无法打开该页面。

其原因在于游览器是使用了Http协议，在每一个请求中都包含上面的请求内容。

Http协议 - 请求数据包解析

在这里插入图片描述

所以在针对来自游览器的请求，服务器要做出相应的相应才会被解析。

Http协议 - 响应数据包解析

在这里插入图片描述

所以我们再次对我们的server进行升级

可响应游览器的server

public class BIOserver2 {
    private static ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);
        System.out.println("服务器启动成功");
        while (!serverSocket.isClosed()){
            Socket accept = serverSocket.accept();  //阻塞
            System.out.println("收到新连接：" + accept.toString());
            threadPool.execute(()->{
                try {
                    BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(accept.getInputStream(),"utf-8"));
                    String msg = null;
                    while ((msg = reader.readLine()) != null){      //没有数据，阻塞
                        if (msg.length() == 0)
                            break;
                        System.out.println(msg);
                        // 响应结果 200
                        OutputStream outputStream = accept.getOutputStream();
                        outputStream.write("HTTP/1.1 200 OK\r\n".getBytes());
                        outputStream.write("Content-Length: 11\r\n\r\n".getBytes());
                        outputStream.write("Hello World".getBytes());
                        outputStream.flush();
                    }
                    System.out.println("收到数据来自" + accept.toString());
                }catch (Exception e){
                    e.printStackTrace();
                }finally {
                    try {
                        accept.close();
                    }catch (Exception e){
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });

        }
        serverSocket.close();
    }
}

我在响应中加上了以下的代码：

// 响应结果 200
OutputStream outputStream = accept.getOutputStream();
outputStream.write("HTTP/1.1 200 OK\r\n".getBytes());
outputStream.write("Content-Length: 11\r\n\r\n".getBytes());
outputStream.write("Hello World".getBytes());
outputStream.flush();

每当游览器访问时都会在页面显示一个hello world。

你可能会很好奇上述代码中的200代表的什么含义，那是我们接下来讲到的响应状态码。

Http协议 - 响应状态码

• 1xx(临时响应)

  表示临时响应并需要请求者继续执行操作的状态代码

• 2xx(成功)

  表示成功处理了请求的状态代码。

• 3xx(重定向)

  表示要完成请求，需要进一步操作。通常，这些状态代码用来重定向。

• 4xx(请求错误)

  这些状态代码表示请求可能出错，妨碍了服务器的处理。

• 5xx(服务器错误)

  这些状态代码表示服务器在尝试处理请求时发生内部错误。这些错误可能是服务器本身错误，而不是请求错误。