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NIO与BIO的区别

2020-05-26 18:04:55  阅读:320  来源: 互联网

标签:BIO java NIO 区别 selector IOException key channel 客户端


简介:

BIO:同步阻塞式IO,服务器实现模式为一个连接一个线程,即客户端发送请求服务器端就需要启动一个线程处理,若这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销,当然可以通过线程池机制改善。
NIO:同步非阻塞式IO,服务器实现模式为一个请求一个线程,即客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器(采用事件驱动思想实现)上,多路复用器轮询I/O请求时才启动一个线程进行处理。
AIO(NIO.2):异步非阻塞式IO,服务器实现模式为一个有效请求一个线程,客户端的I/O请求都是由OS先完成了再通知服务器应用去启动线程进行处理。 

不同点与共同点

共同点:两者都是同步操作。即必须先进行IO操作后才能进行下一步操作。

不同点:BIO多线程对某资源进行IO操作时会出现阻塞,即一个线程进行IO操作完才会通知另外的IO操作线程,必须等待。

               NIO多线程对某资源进行IO操作时会把资源先操作至内存缓冲区。然后询问是否IO操作就绪,是则进行IO操作,否则进行下一步操作,然后不断的轮询是否IO操作就绪,直到IO操作就绪后进行相关操作。

 

              nio 适合大量长连接,而且大部分只 hold 不处理的场景,如果你能将你的项目异步化的话 nio 肯定比 bio 扛得多。你用 bio 其实压测时是打不满 CPU 的,所以采用 nio 来压榨 CPU,如果你 bio 都能打满 CPU,那就没必要搞 nio 和异步化了,因为物理极限了,没啥好搞的了,只能去优化代码。

BIO
     单线程:同步阻塞式IO在while循环中服务端会调用accept方法等待接收客户端的连接请求,一旦接收到一个连接请求,就可以建立通信套接字,在这个通信套接字上进行读写操作,此时不能接收其他客户端的连接请求,只能等待同当前连接的客户端的操作执行完成。

     多线程:如果BIO要能够同时处理多个客户端请求,就必须使用多线程,即每次accept阻塞等待来自客户端请求,一旦受到连接请求就建立通信套接字,同时开启一个新的线程来出炉这个套接字的数据读写请求,然后又立刻继续accept等待其他客户端连接请求,即为每个客户端请求都单独创建一个线程来单独处理

虽然此时服务器具备了高并发能力,即能够同时处理多个客户端请求了,但是却带来了一个问题,随着开启的线程数目增多,将会消耗过多的内存资源,导致服务器变慢甚至崩溃,NIO可以一定程度解决这个问题。


NIO

1.建立连接:若服务端监听到客户端到连接请求,便为其建立通信套接字(java中就是通道(Channel),然后返回继续监听,若同时有多个客户端连接请求到来也可以全部接收,依次为它们建立通信套接字
2.处理数据:若服务端监听到来自自己已经创建了通信套接字到客户端发来的数据,就会调用对应的接口处理接收到的数据,若同时有多个客户端发来数据也可以依次进行处理
3.同时监听:监听多个客户端的连接请求和接收数据请求的同时,还能监听自己有数据发送

总之就是在一个线程中就可以调用多路复用接口(java中是select)阻塞同时监听来自多个客户端的IO请求,一旦有收到IO请求就调用对应函数处理。

AIO

      与NIO不同,当进行读写操作时,只需要直接调用API的read或write方法即可。这两种方法均为异步的,对于读操作而言,当有流可读取的时,操作系统就会将可读的流传入read方法的缓冲区,并通知应用程序。对于写操作而言,当操作系统将write方法传递的流写入完毕时,操作系统主动通知应用程序。既可以理解为,read/write方法都是异步的,完成后会主动调用回调函数。在JDK7中,这部分内容被称为NIO.2,主要在java.nio.channels包下增加了四个异步通道。

AsynchronousSocketChannel
AsynchronousServerSocketChannel
AsynchronousFileChannel
AsynchronousDatagramChannel


各自应用场景

到这里你也许已经发现,一旦有请求到来(不管是几个同时到还是只有一个到),都会调用对应IO处理函数处理,所以:

(1)NIO适合处理连接数目特别多,但是连接比较短(轻操作)的场景,Jetty,Mina,ZooKeeper等都是基于java nio实现。

(2)BIO方式适用于连接数目比较小且固定的场景,这种方式对服务器资源要求比较高,并发局限于应用中。

(3)AIO方式使用于连接数目比较多且比较长(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。

 

以下是简单的NIO实现代码:

服务端代码:

package com.demo;
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.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Iterator;
public class NioServer {
//通道管理器
private Selector selector;

/**
* 获得一个ServerSocket通道,并对该通道做一些初始化的工作
* @param port 绑定的端口号
* @throws IOException
*/
public void initServer(int port) throws IOException {
// 获得一个ServerSocket通道
ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();
// 设置通道为非阻塞
serverChannel.configureBlocking(false);
// 将该通道对应的ServerSocket绑定到port端口
serverChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(port));
// 获得一个通道管理器
this.selector = Selector.open();
//将通道管理器和该通道绑定,并为该通道注册SelectionKey.OP_ACCEPT事件,注册该事件后,
//当该事件到达时,selector.select()会返回,如果该事件没到达selector.select()会一直阻塞。
serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
}

/**
* 采用轮询的方式监听selector上是否有需要处理的事件,如果有,则进行处理
* @throws IOException
*/
@SuppressWarnings("unchecked")
public void listen() throws IOException {
System.out.println("服务端启动成功!");
// 轮询访问selector
while (true) {
//当注册的事件到达时,方法返回;否则,该方法会一直阻塞
selector.select();
// 获得selector中选中的项的迭代器,选中的项为注册的事件
Iterator ite = this.selector.selectedKeys().iterator();
while (ite.hasNext()) {
SelectionKey key = (SelectionKey) ite.next();
// 删除已选的key,以防重复处理
ite.remove();
// 客户端请求连接事件
if (key.isAcceptable()) {
ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key
.channel();
// 获得和客户端连接的通道
SocketChannel channel = server.accept();
// 设置成非阻塞
channel.configureBlocking(false);

//在这里可以给客户端发送信息哦
channel.write(ByteBuffer.wrap(new String("向客户端发送了一条信息").getBytes()));
//在和客户端连接成功之后,为了可以接收到客户端的信息,需要给通道设置读的权限。
channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ);

// 获得了可读的事件
} else if (key.isReadable()) {
read(key);
}

}

}
}
/**
* 处理读取客户端发来的信息 的事件
* @param key
* @throws IOException
*/
public void read(SelectionKey key) throws IOException{
// 服务器可读取消息:得到事件发生的Socket通道
SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
// 创建读取的缓冲区
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
channel.read(buffer);
byte[] data = buffer.array();
String msg = new String(data).trim();
System.out.println("服务端收到信息:"+msg);
ByteBuffer outBuffer = ByteBuffer.wrap(msg.getBytes());
channel.write(outBuffer);// 将消息回送给客户端
}

/**
* 启动服务端测试
* @throws IOException
*/
public static void main(String[] args) throws IOException {
NioServer server = new NioServer();
server.initServer(8000);
server.listen();
}
}

客户端代码:

package com.demo;
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;

public class NioClient {
//通道管理器
private Selector selector;

/**
* 获得一个Socket通道,并对该通道做一些初始化的工作
* @param ip 连接的服务器的ip
* @param port 连接的服务器的端口号
* @throws IOException
*/
public void initClient(String ip,int port) throws IOException {
// 获得一个Socket通道
SocketChannel channel = SocketChannel.open();
// 设置通道为非阻塞
channel.configureBlocking(false);
// 获得一个通道管理器
this.selector = Selector.open();

// 客户端连接服务器,其实方法执行并没有实现连接,需要在listen()方法中调
//用channel.finishConnect();才能完成连接
channel.connect(new InetSocketAddress(ip,port));
//将通道管理器和该通道绑定,并为该通道注册SelectionKey.OP_CONNECT事件。
channel.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT);
}

/**
* 采用轮询的方式监听selector上是否有需要处理的事件,如果有,则进行处理
* @throws IOException
*/
@SuppressWarnings("unchecked")
public void listen() throws IOException {
// 轮询访问selector
while (true) {
selector.select();
// 获得selector中选中的项的迭代器
Iterator ite = this.selector.selectedKeys().iterator();
while (ite.hasNext()) {
SelectionKey key = (SelectionKey) ite.next();
// 删除已选的key,以防重复处理
ite.remove();
// 连接事件发生
if (key.isConnectable()) {
SocketChannel channel = (SocketChannel) key
.channel();
// 如果正在连接,则完成连接
if(channel.isConnectionPending()){
channel.finishConnect();

}
// 设置成非阻塞
channel.configureBlocking(false);

//在这里可以给服务端发送信息哦
channel.write(ByteBuffer.wrap(new String("向服务端发送了一条信息").getBytes()));
//在和服务端连接成功之后,为了可以接收到服务端的信息,需要给通道设置读的权限。
channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ);

// 获得了可读的事件
} else if (key.isReadable()) {
read(key);
}

}

}
}
/**
* 处理读取服务端发来的信息 的事件
* @param key
* @throws IOException
*/
public void read(SelectionKey key) throws IOException{
//和服务端的read方法一样
// 得到事件发生的Socket通道
SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
// 创建读取的缓冲区
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
channel.read(buffer);
byte[] data = buffer.array();
String msg = new String(data).trim();
System.out.println("客户端收到信息:"+msg);
ByteBuffer outBuffer = ByteBuffer.wrap(msg.getBytes());
channel.write(outBuffer);// 将消息回送给服务端
}


/**
* 启动客户端测试
* @throws IOException
*/
public static void main(String[] args) throws IOException {
NioClient client = new NioClient();
client.initClient("localhost",8000);
client.listen();
}
}

部分原文摘抄自:https://blog.csdn.net/weixin_42133940/article/details/88073132

 

标签:BIO,java,NIO,区别,selector,IOException,key,channel,客户端
来源: https://www.cnblogs.com/flameHe/p/12967075.html

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