Netty：Java I/O模型

一、I/O模型介绍

1、I/O模型简单理解

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

2、I/O模型分类

Java 共支持 3 种网络编程模型/IO 模式：BIO、NIO、AIO

2.1、BIO

BIO（Blocking I/O）: 同步阻塞I/O模型，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

2.2、NIO

NIO（Non-blocking或New I/O）:同步非阻塞I/O模型，服务器实现模式为一个线程处理多个请求(连接)，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

2.3、AIO

AIO(Asynchronous I/O) ： 异步非阻塞I/O模型，也叫NIO.2，AIO 引入异步通道的概念，采用了 Proactor 模式，简化了程序编写，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

对于异步的理解：异步是相对于同步而言，同步是一个响应一个回复，然后才能做其他事，但是异步不需要

2.4、三种I/O模型的特点及使用场景分析

I/O模型	特点	使用场景
BIO	同步并阻塞 1.一个连接对应一个线程 2.线程开销大	连接数目比较小且固定的架构,服务器资源要求比较高,程序简单易理解
NIO	同步非阻塞 1.一个线程处理多个请求(连接) 2.多路复用器轮询到连接有 I/O 请求	连接数目多且连接比较短（轻操作）,比如聊天服务器，弹幕系统，服务器间通讯等。编程比较复杂
AIO	异步非阻塞 1.采用了 Proactor 模式	连接数较多且连接时间较长,比如相册服务器，充分调用 OS 参与并发操作，编程比较复杂

二、BIO基本介绍

1、BIO简介

• 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

2、BIO工作机制

工作机制：

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

3、BIO示例

要求：

1. 使用 BIO 模型编写一个服务器端，监听 6666 端口，当有客户端连接时，就启动一个线程与之通讯。
2. 要求使用线程池机制改善，可以连接多个客户端.
3. 服务器端可以接收客户端发送的数据(telnet 方式即可)。

public class BIOServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //线程池机制
        //思路
        //1. 创建一个线程池
        //2. 如果有客户端连接，就创建一个线程，与之通讯(单独写一个方法)
        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();
            }
        }
    }
}

4、BIO存在的问题

• 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 。
• 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。
• 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