第 2 章 Java BIO 編程

I/O 模型

I/O 模型基本說明

1. I/O 模型簡單的理解：就是用什麼樣的通道進行數據的發送和接收，很大程度上決定了程序通信的性能

2. Java 共支持 3 種網絡編程模型/IO 模式：BIO、NIO、AIO

3. Java BIO ： 同步並阻塞(傳統阻塞型)，服務器實現模式爲一個連接一個線程，即客戶端有連接請求時服務器端就需要啓動一個線程進行處理，如果這個連接不做任何事情會造成不必要的線程開銷
   

4. Java NIO ： 同步非阻塞，服務器實現模式爲一個線程處理多個請求(連接)，即客戶端發送的連接請求都會註冊到多路複用器上，多路複用器輪詢到連接有 I/O 請求就進行處理
   

5. Java AIO(NIO.2) ： 異步非阻塞，AIO 引入異步通道的概念，採用了 Proactor 模式，簡化了程序編寫，有效的請求才啓動線程，它的特點是先由操作系統完成後才通知服務端程序啓動線程去處理，一般適用於連接數較多且連接時間較長的應用

BIO、NIO、AIO 適用場景分析

1. BIO 方式適用於連接數目比較小且固定的架構，這種方式對服務器資源要求比較高，併發侷限於應用中，JDK1.4以前的唯一選擇，但程序簡單易理解。

2. NIO 方式適用於連接數目多且連接比較短（輕操作）的架構，比如聊天服務器，彈幕系統，服務器間通訊等。編程比較複雜，JDK1.4 開始支持

3. AIO 方式使用於連接數目多且連接比較長（重操作）的架構，比如相冊服務器，充分調用 OS 參與併發操作，編程比較複雜，JDK7 開始支持

Java BIO 基本介紹

1. Java BIO 就是傳統的 java io 編程，其相關的類和接口在 java.io

2. BIO(blocking I/O) ： 同步阻塞，服務器實現模式爲一個連接一個線程，即客戶端有連接請求時服務器端就需要啓動一個線程進行處理，如果這個連接不做任何事情會造成不必要的線程開銷，可以通過線程池機制改善(實現多個客戶連接服務器)。 【後有應用實例】

3. BIO 方式適用於連接數目比較小且固定的架構，這種方式對服務器資源要求比較高，併發侷限於應用中，JDK1.4以前的唯一選擇，程序簡單易理解

Java BIO 工作機制

對 BIO 編程流程的梳理

1. 服務器端啓動一個 ServerSocket
2. 客戶端啓動 Socket 對服務器進行通信，默認情況下服務器端需要對每個客戶 建立一個線程與之通訊
3. 客戶端發出請求後, 先諮詢服務器是否有線程響應，如果沒有則會等待，或者被拒絕
4. 如果有響應，客戶端線程會等待請求結束後，在繼續執行

Java BIO 應用實例

實例說明：

1. 使用 BIO 模型編寫一個服務器端，監聽 6666 端口，當有客戶端連接時，就啓動一個線程與之通訊。
2. 要求使用線程池機制改善，可以連接多個客戶端.
3. 服務器端可以接收客戶端發送的數據(telnet 方式即可)。
4. 代碼演示

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

        //線程池機制

        //思路
        //1. 創建一個線程池
        //2. 如果有客戶端連接，就創建一個線程，與之通訊(單獨寫一個方法)
        ExecutorService newCachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
        //創建ServerSocket
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666);

        System.out.println("服務器啓動了");
        while (true) {

            System.out.println("線程信息 id =" + Thread.currentThread().getId() + " 名字=" + Thread.currentThread().getName());

            //監聽，等待客戶端連接
            System.out.println("等待連接....");
            final Socket socket = serverSocket.accept();//阻塞的，等待客戶端連接，連接了就啓動線程處理它
            System.out.println("連接到一個客戶端");

            //就創建一個線程，與之通訊(單獨寫一個方法)
            newCachedThreadPool.execute(new Runnable() {
                public void run() { //我們重寫
                    //可以和客戶端通訊
                    handler(socket);
                }
            });
        }
    }

    //編寫一個handler方法，和客戶端通訊
    public static void handler(Socket socket) {

        try {
            System.out.println("線程信息 id =" + Thread.currentThread().getId() + " 名字=" + Thread.currentThread().getName());
            byte[] bytes = new byte[1024];
            //通過socket 獲取輸入流
            InputStream inputStream = socket.getInputStream();
            //循環的讀取客戶端發送的數據
            while (true) {

                System.out.println("線程信息 id =" + Thread.currentThread().getId() + " 名字=" + Thread.currentThread().getName());

                System.out.println("read....");
               int read =  inputStream.read(bytes);//阻塞的，等到客戶端的輸入，如果沒有就阻塞在這裏了
               if(read != -1) {
                   System.out.println(new String(bytes, 0, read)); //輸出客戶端發送的數據
               } else {
                   break;
               }
            }

            System.out.println("客戶端退出....");//當客戶端斷開發生

        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            System.out.println("關閉和client的連接");
            try {
                socket.close();
            }catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

Java BIO 問題分析

1. 每個請求都需要創建獨立的線程，與對應的客戶端進行數據 Read，業務處理，數據 Write 。

2. 當併發數較大時，需要創建大量線程來處理連接，系統資源佔用較大。

3. 連接建立後，如果當前線程暫時沒有數據可讀，則線程就阻塞在 Read 操作上，造成線程資源浪費。