【BIO、NIO、AIO适用场景分析】

BIO、NIO、AIO适用场景分析

  • 1.适用场景:
  • 2.BIO基本介绍
    • [2.1 BIO示例](#2.1 BIO示例)
  • [3.Java NIO基本介绍](#3.Java NIO基本介绍)
    • [3.1 NIO中三个核心部分:](#3.1 NIO中三个核心部分:)
    • [3.2 NIO非阻塞](#3.2 NIO非阻塞)
    • [3.3 buffer案例](#3.3 buffer案例)
    • [3.4 比较](#3.4 比较)

1.适用场景:

  1. BIO方式适用于连接数目比较少且固定的架构,这种方式对服务器资源要求比较高,并发局限于应用之内,jdk1.4以前的唯一选择,但程序简单易理解。
  2. 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,弹幕系统,服务器间通讯等。编程比较复杂,jdk1.4开始支持。
  3. AIO方式适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。

2.BIO基本介绍

  • Java BIO 就是传统的java io编程,其相关的类和接口在java.io
  • BIO (blocking io):同步阻塞,服务器的实现模式是一个连接一个线程,即客户端有连接请求时服务器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)。
  • BIO 方式适用于链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。

2.1 BIO示例

实例说明:

  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. 服务端可以接收客户端发送的数据(telnet方式即可)

server端,client端使用os的telnet

java 复制代码
// 创建线程池

// 如果有客户端连接了,就创建一个线程与之通讯(单独写一个方法)

ExecutorService threadPool= Executors.newCachedThreadPool();
// 创建serversocket
ServerSocket socket = new ServerSocket(6666);
while(true) {
	// 监听, 等待客户端连接
	final Socket socket = serverSocket.accept(); // 会阻塞①
	System.out.println("连接到了一个客户端");
	// 创建一个线程,与之通讯
	threadPool.execute(()-> {
		// 重写run,可以和客户端通讯
		
	})
}

// 编写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()+"名称=" + 
							Thread.currentThread().getName());
		byte[] bytes = new Byte[1024];
		// 通过socket获取一个输入流
		InputStream is = socket.getInputStream();
		// 循环读取客户端发送的数据
		while(true) {
			int read = is.read(bytes); // 也会阻塞②
			if(read != -1) {
				System.out.println(new String(bytes, 0, read, 
								Charset.UTF-8));// 输出客户端发送的数据
			} else {
				break;
			}
			
		}
	} catch(Exception e) {
		e.printStackTrace();
	}finally {
		System.out.println("关闭client的连接");
		try {
			socket.close();
		} catch(Exception e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

问题:

  1. 每个请求都需要创建独立的线程去响应客户端
  2. 当并发量较大时,需要创建大量线程来处理连接,系统资源占用较大。
  3. 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。

3.Java NIO基本介绍

3.1 NIO中三个核心部分:

  • Channel(通道)
  • Buffer(缓冲区)
  • Selector(选择器)

NIO是面向缓存区的,或者面向块 编程。

3.2 NIO非阻塞

  • 通俗地说,NIO是可以做到用一个线程来处理多个操作的。假设有10000个请求过来,根据实际情况,可以分配50或100个线程来处理,不像之前的阻塞io那样,非得分配10000个。
  • Http2.0使用了多路复用的技术,做到同一个连接并发处理多个请求,而且并发请求的数量比http1.1大了好几个数量级。

3.3 buffer案例

java 复制代码
public class BasicBuffer {
	public static void main(String[] args) {
		// 创建一个buffer,大小为5,即可以存放5个int类型数据
		IntBuffer intBuf =  IntBuffer.allocate(5);
		// 向buffer中存放数据
		//buf.put(10);
		//buf.put(11);
		for(int i = 0; i < buf.capacity(); i ++ ) {
			buf.put(i * 2);
		}
		// 将buf转换,读写切换
		buf.flip();
		while(buf.hasRemaining()) {
			System.out.println(bug.get()); // 0,2, 4, 6, 8
		}
	}
}

3.4 比较

  • BIO 是以流的方式处理数据,而NIO以块的方式处理数据,块I/O的效率比流I/O高很多
  • BIO是阻塞的,NIO是非阻塞的。
  • BIO是基于字节流和字符流进行操作的,而NIO基于Channel(通道)和Buffer(缓存区)进行操作,数据总是从通道读取到缓存区中,或者从缓存区写入到通道中。Selector(选择器)用于监听多个通道的事件,比如(连接请求,数据到达等),因此单个线程就可以监听多个客户端通道。
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