一、BIO(Blocking IO，也被稱作old IO)
同步阻塞模型，一個客戶端連接對應一個處理線程
對于每一個新的網(wǎng)絡連接都會分配給一個線程，每隔線程都獨立處理自己負責的輸入和輸出, 也被稱為Connection Per Thread模式
缺點：
1、IO代碼里read操作是阻塞操作，如果連接不做數(shù)據(jù)讀寫操作會導致線程阻塞，浪費資源
2、如果線程很多，會導致服務器線程太多，壓力太大，比如C10K問題
所謂c10k問題，指的是服務器同時支持成千上萬個客戶端的問題，也就是concurrent 10 000 connection
應用場景： BIO 方式適用于連接數(shù)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， 但程序簡單易理解。
示例代碼如下：
Bio服務端
import java.io.IOException;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
/**
* @Title：BIO的服務端
* @Author：wangchenggong
* @Date 2021/4/13 9:41
* @Description
* @Version
*/
public class SocketServer {
public static void main(String[] args) throws IOException {
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9000);
while (true){
System.out.println("等待連接...");
Socket clientSocket = serverSocket.accept();
System.out.println("客戶端"+clientSocket.getRemoteSocketAddress()+"連接了！");
handle(clientSocket);
}
}
private static void handle(Socket clientSocket) throws IOException{
byte[] bytes = new byte[1024];
int read = clientSocket.getInputStream().read(bytes);
System.out.println("read 客戶端"+clientSocket.getRemoteSocketAddress()+"數(shù)據(jù)完畢");
if(read != -1){
System.out.println("接收到客戶端的數(shù)據(jù)：" + new String(bytes, 0, read));
}
clientSocket.getOutputStream().write("HelloClient".getBytes());
clientSocket.getOutputStream().flush();
}
}
Bio客戶端
import java.io.IOException;
import java.net.Socket;
/**
* @Title：BIO的客戶端
* @Author：wangchenggong
* @Date 2021/4/13 9:49
* @Description
* @Version
*/
public class SocketClient {
public static void main(String[] args) throws IOException {
Socket socket = new Socket("localhost", 9000);
//向服務端發(fā)送數(shù)據(jù)
socket.getOutputStream().write("HelloServer".getBytes());
socket.getOutputStream().flush();
System.out.println("向服務端發(fā)送數(shù)據(jù)結束");
byte[] bytes = new byte[1024];
//接收服務端回傳的數(shù)據(jù)
socket.getInputStream().read(bytes);
System.out.println("接收到服務端的數(shù)據(jù)：" + new String(bytes));
socket.close();
}
}
二、NIO(Non Blocking IO，本意也作new IO)
同步非阻塞，服務器實現(xiàn)模式為 一個線程可以處理多個連接請求（連接），客戶端發(fā)送的連接請求都會注冊到多路復用器selector上，多路復用器輪詢到連接有IO請求就進行處理，是在JDK1.4開始引入的。
應用場景：NIO方式適合連接數(shù)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(tǒng)、服務器之間通訊，編程相對復雜。
NIO 有三大核心組件： Channel(通道)， Buffer(緩沖區(qū))，Selector(多路復用器)
1.channel類似于流，每個channel對應一個buffer緩沖區(qū)，buffer底層就是個數(shù)組
2.channel 會注冊到selector上，由selector根據(jù)channel讀寫事件的發(fā)生將其交由某個空閑的線程處理
3.NIO的Buffer和Channel都是可讀也可寫的。
NIO的代碼示例有兩個
沒有引入多路復用器的NIO
服務端
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;
/**
* @Title：Nio服務端
* @Author：wangchenggong
* @Date 2021/4/14 11:04
* @Description
* @Version
*/
public class NioServer {
/**
* 保存客戶端連接
*/
static List<SocketChannel> channelList = new ArrayList<>();
public static void main(String[] args) throws IOException {
//創(chuàng)建Nio ServerSocketChannel
ServerSocketChannel serverSocket = ServerSocketChannel.open();
serverSocket.socket().bind(new InetSocketAddress(9000));
//設置ServerSocketChannel為非阻塞
serverSocket.configureBlocking(false);
System.out.println("Nio服務啟動成功");
while(true){
//非阻塞模式accept方法不會阻塞
/// NIO的非阻塞是由操作系統(tǒng)內(nèi)部實現(xiàn)的，底層調用了linux內(nèi)核的accept函數(shù)
SocketChannel socketChannel = serverSocket.accept();
if(socketChannel != null){
System.out.println("連接成功");
socketChannel.configureBlocking(false);
channelList.add(socketChannel);
}
Iterator<SocketChannel> iterator = channelList.iterator();
while(iterator.hasNext()){
SocketChannel sc = iterator.next();
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(128);
//非阻塞模式read方法不會阻塞
int len = sc.read(byteBuffer);
if(len > 0){
System.out.println("接收到消息:" + new String(byteBuffer.array()));
}else if(len == -1){
iterator.remove();
System.out.println("客戶端斷開連接");
}
}
}
}
}
客戶端
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SocketChannel;
/**
* @Title：Nio客戶端
* @Author：wangchenggong
* @Date 2021/4/14 11:36
* @Description
* @Version
*/
public class NioClient {
public static void main(String[] args) throws IOException {
SocketChannel socketChannel=SocketChannel.open(new InetSocketAddress("localhost", 9000));
socketChannel.configureBlocking(false);
ByteBuffer writeBuffer=ByteBuffer.wrap("HelloServer1".getBytes());
socketChannel.write(writeBuffer);
System.out.println("向服務端發(fā)送數(shù)據(jù)1結束");
writeBuffer = ByteBuffer.wrap("HelloServer2".getBytes());
socketChannel.write(writeBuffer);
System.out.println("向服務端發(fā)送數(shù)據(jù)2結束");
writeBuffer = ByteBuffer.wrap("HelloServer3".getBytes());
socketChannel.write(writeBuffer);
System.out.println("向服務端發(fā)送數(shù)據(jù)3結束");
}
}
引入了多路復用器的NIO
服務端
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.*;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;
/**
* @Title：引入多路復用器后的NIO服務端
* @Author：wangchenggong
* @Date 2021/4/14 13:57
* @Description
* SelectionKey.OP_ACCEPT —— 接收連接繼續(xù)事件，表示服務器監(jiān)聽到了客戶連接，服務器可以接收這個連接了
* SelectionKey.OP_CONNECT —— 連接就緒事件，表示客戶與服務器的連接已經(jīng)建立成功
* SelectionKey.OP_READ —— 讀就緒事件，表示通道中已經(jīng)有了可讀的數(shù)據(jù)，可以執(zhí)行讀操作了（通道目前有數(shù)據(jù)，可以進行讀操作了）
* SelectionKey.OP_WRITE —— 寫就緒事件，表示已經(jīng)可以向通道寫數(shù)據(jù)了（通道目前可以用于寫操作）
*
* 1.當向通道中注冊SelectionKey.OP_READ事件后，如果客戶端有向緩存中write數(shù)據(jù)，下次輪詢時，則會 isReadable()=true；
*
* 2.當向通道中注冊SelectionKey.OP_WRITE事件后，這時你會發(fā)現(xiàn)當前輪詢線程中isWritable()一直為true，如果不設置為其他事件
* @Version
*/
public class NioSelectorServer {
public static void main(String[] args) throws IOException {
/**
* 創(chuàng)建server端，并且向多路復用器注冊，讓多路復用器監(jiān)聽連接事件
*/
//創(chuàng)建ServerSocketChannel
ServerSocketChannel serverSocket = ServerSocketChannel.open();
serverSocket.socket().bind(new InetSocketAddress(9000));
//設置ServerSocketChannel為非阻塞
serverSocket.configureBlocking(false);
//打開selector處理channel,即創(chuàng)建epoll
Selector selector = Selector.open();
//把ServerSocketChannel注冊到selector上，并且selector對客戶端的accept連接操作感興趣
serverSocket.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
System.out.println("NioSelectorServer服務啟動成功");
while(true){
//阻塞等待需要處理的事件發(fā)生
selector.select();
//獲取selector中注冊的全部事件的SelectionKey實例
Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();
//遍歷selectionKeys,對事件進行處理
while (iterator.hasNext()){
SelectionKey key = iterator.next();
//如果是OP_ACCEPT事件，則進行連接和事件注冊
if(key.isAcceptable()){
ServerSocketChannel serverSocketChannel = (ServerSocketChannel) key.channel();
//接受客戶端的連接
SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
socketChannel.configureBlocking(false);
//把SocketChannel注冊到selector上，并且selector對客戶端的read操作(即讀取來自客戶端的消息)感興趣
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
System.out.println("客戶端"+socketChannel.getRemoteAddress()+"連接成功!");
}else if(key.isReadable()){
SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(128);
int len = socketChannel.read(byteBuffer);
if(len > 0){
System.out.println("接收到客戶端"+socketChannel.getRemoteAddress()+"發(fā)來的消息，消息內(nèi)容為:"+new String(byteBuffer.array()));
}else if(len == -1){
System.out.println("客戶端斷開連接");
//關閉該客戶端
socketChannel.close();
}
}
//從事件集合里刪除本次處理的key，防止下次select重復處理
iterator.remove();
}
}
/**
* NioSelectorServer服務啟動成功
* 客戶端/127.0.0.1:57070連接成功!
* 接收到客戶端/127.0.0.1:57070發(fā)來的消息，消息內(nèi)容為:HelloServer
* 客戶端/127.0.0.1:57121連接成功!
* 接收到客戶端/127.0.0.1:57121發(fā)來的消息，消息內(nèi)容為:HelloServer
*/
}
}
客戶端
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;
/**
* @Title：引入多路復用器后的NIO客戶端
* @Author：wangchenggong
* @Date 2021/4/14 14:39
* @Description
* @Version
*/
public class NioSelectorClient {
public static void main(String[] args) throws IOException {
SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
socketChannel.configureBlocking(false);
Selector selector = Selector.open();
//要先向多路復用器注冊，然后才可以跟服務端進行連接
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT);
socketChannel.connect(new InetSocketAddress("localhost", 9000));
while (true){
selector.select();
Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();
Iterator<SelectionKey> iterator = keys.iterator();
while (iterator.hasNext()){
SelectionKey key = iterator.next();
iterator.remove();
if (key.isConnectable()){
SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel();
if (sc.finishConnect()){
System.out.println("服務器連接成功");
ByteBuffer writeBuffer=ByteBuffer.wrap("HelloServer".getBytes());
sc.write(writeBuffer);
System.out.println("向服務端發(fā)送數(shù)據(jù)結束");
}
}
}
}
/**
* 服務器連接成功
* 向服務端發(fā)送數(shù)據(jù)結束
*/
}
}
三、AIO(Asynchronous IO) 即NIO2.0
異步非阻塞，由操作系統(tǒng)完成后回調通知服務端程序啟動線程去處理，一般適用于連接數(shù)較多且連接時間較長的應用。
應用場景：AIO方式適用于連接數(shù)目多且連接時間較長（重操作）的架構（應用），JDK7開始支持。
著名的異步網(wǎng)絡通訊框架netty之所以廢棄了AIO,原因是：在Linux系統(tǒng)上，NIO的底層實現(xiàn)使用了Epoll，而AIO的底層實現(xiàn)仍使用Epoll，沒有很好實現(xiàn)AIO，因此在性能上沒有明顯的優(yōu)勢，而且被JDK封裝了一層不容易深度優(yōu) 化，Linux上AIO還不夠成熟
AIO示例代碼如下：
服務端
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.AsynchronousServerSocketChannel;
import java.nio.channels.AsynchronousSocketChannel;
import java.nio.channels.CompletionHandler;
/**
* @Title：Aio服務端
* @Author：wangchenggong
* @Date 2021/4/14 17:05
* @Description
* @Version
*/
public class AioServer {
public static void main(String[] args) throws Exception {
final AsynchronousServerSocketChannel serverChannel = AsynchronousServerSocketChannel.open().bind(new InetSocketAddress(9000));
serverChannel.accept(null, new CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel, Object>() {
@Override
public void completed(AsynchronousSocketChannel socketChannel, Object attachment) {
try{
System.out.println("2--"+Thread.currentThread().getName());
//接收客戶端連接
serverChannel.accept(attachment,this);
System.out.println("客戶端"+socketChannel.getRemoteAddress()+"已連接");
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(128);
socketChannel.read(buffer, null, new CompletionHandler<Integer, Object>() {
@Override
public void completed(Integer result, Object attachment) {
System.out.println("3--"+Thread.currentThread().getName());
//flip方法將Buffer從寫模式切換到讀模式
//如果沒有，就是從文件最后開始讀取的，當然讀出來的都是byte=0時候的字符。通過buffer.flip();這個語句，就能把buffer的當前位置更改為buffer緩沖區(qū)的第一個位置
buffer.flip();
System.out.println(new String(buffer.array(), 0, result));
socketChannel.write(ByteBuffer.wrap("hello Aio Client!".getBytes()));
}
@Override
public void failed(Throwable exc, Object attachment) {
exc.printStackTrace();
}
});
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
@Override
public void failed(Throwable exc, Object attachment) {
}
});
System.out.println("1‐‐main"+Thread.currentThread().getName());
Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);
}
/**
* 1‐‐mainmain
* 2--Thread-9
* 客戶端/127.0.0.1:54821已連接
* 3--Thread-8
* hello AIO server ！
* 2--Thread-9
* 客戶端/127.0.0.1:54942已連接
* 3--Thread-7
* hello AIO server ！
*/
}
客戶端
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.AsynchronousSocketChannel;
/**
* @Title：Aio客戶端
* @Author：wangchenggong
* @Date 2021/4/14 16:56
* @Description
* @Version
*/
public class AioClient {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//創(chuàng)建Aio客戶端
AsynchronousSocketChannel socketChannel = AsynchronousSocketChannel.open();
socketChannel.connect(new InetSocketAddress("localhost", 9000)).get();
//發(fā)送消息
socketChannel.write(ByteBuffer.wrap("hello AIO server ！".getBytes()));
//接收消息
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(128);
Integer len = socketChannel.read(buffer).get();
if(len != -1){
//客戶端收到消息:hello Aio Client!
System.out.println("客戶端收到消息:"+new String(buffer.array(), 0, len));
}
}
}
四、總結
| BIO | NIO | AIO | |
| IO模型 | 同步阻塞 | 同步非阻塞 | 異步非阻塞 |
| 編程難度 | 簡單 | 復雜 | 復雜 |
| 可靠性 好 | 差 | 好 | 好 |
| 吞吐量 | 低 | 高 | 高 |
到此這篇關于 Java 中三種 IO 模型的簡單介紹以及總結三者之間區(qū)別的文章就介紹到這了，想要了解更多相關 Java IO 模型的其他詳細內(nèi)容請搜索W3Cschool以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章，也希望大家以后多多支持！
