Netty(二) - I/O 模型

一、I/O 模型

1.1 基本说明

1）、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）、Java共支持3种网络编程模型/IO模式：BIO、NIO、AIO。

3）、Java BIO：同步并阻塞（传统阻塞性），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。
BIO模型

4）、Java NIO：同步非阻塞，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（Selector）上，多路复用器轮询到连接有I/O请求就进行处理。
NIO模型

5）、Java AIO：异步非阻塞，AIO 引入异步通道的概念，采用了 Proactor 模式，简化了程序编写，对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。

1.2 适用场景分析

1）、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，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。

二、Java BIO 详解

2.1 基本介绍

1）、Java BIO 就是传统的java io编程，其相关的类和接口在 java.io。

2）、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（实现多个客户端连接服务器）。

3）、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，但程序简单易理解。

2.2 工作原理

BIO工作机制

服务器端启动一个ServerSocket
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端建立一个线程与之通讯。
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。
如果有响应，客户端线程会等待请求结束后，在继续执行。

2.3 应用实例

2.3.1 实例说明

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。
要求使用线程池机制改善，可以连接多个客户端。
服务器端可以接收客户端发送的数据（telnet实现即可）

2.3.2 代码

public class BIOServer {

    public static void main(String[] args) throws IOException {

        // 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

        ExecutorService threadPool = 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");

            // 创建一个线程，与之通讯
            threadPool.execute(new Runnable() {
                public void run() { // 重写该方法
                    // 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 获取一个输入流
            InputStream inputStream = socket.getInputStream();
            // 循环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();
            }
        }
    }
}

2.3.3 telnet 使用

进入到 cmd
输入以下命令：telnet 127.0.0.1:6666
快捷键进入消息发送页面：ctrl+]
消息发送：send ok1000

2.3.4 问题分析

1）、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。

2）、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。

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。