二、JAVA BIO

article/2025/11/8 10:15:34

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二、JAVA BIO

1、 Java BIO基本介绍

Java BlO就是传统的Java IO编程，其相关的类和接口在Java.io 包中。

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 （实现多个客户连接服务器）。

2、 java BIO工作机制

3、传统的BIO编程实例回顾

网络编程的基本模型是Client/Server模型，也就是两个进程之间进行相互通信，其中服务端提供位置信（绑定IP地址和端口），客户端通过连接操作向服务端监听的端口地址发起连接请求，基于TCP协议下进行三次握手连接，连接成功后，双方通过网络套接字（Socket）进行通信。

传统的同步阻塞模型开发中，服务端ServerSocket负责绑定IP地址，启动监听端口；客户端Socket负责发起连接操作。连接成功后，双方通过输入和输出流进行同步阻塞式通信。

基于BIO模式下的通信，客户端-服务端是完全同步，完全藕合的。

3.1、客户端案例如下

package bio;import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintStream;
import java.net.Socket;/*** 客户端*/
public class Client {public static void main(String[] args) {try {//1、创建socket链接Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 9999);//2、从socket对象中获取一个输出流OutputStream out = socket.getOutputStream();//3、把字节输出流包装成打印流PrintStream printStream = new PrintStream(out);printStream.println("hello World! 服务端，你好");printStream.flush();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

3.2、服务端案例如下

package bio;import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
/*** 目标：客户端发送消息，服务端接收消息*/
public class Server {public static void main(String[] args) {try {System.out.println("===服务端启动===");//1、对服务端端口进行注册 9999ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);//2、监听客户端socket请求Socket socket = serverSocket.accept();//3、从socket管道中得到一个字节输入流对象InputStream is = socket.getInputStream();//4、将字节输入流包装成一个缓冲字符输入流，提高效率BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));String msg;/*while ((msg = br.readLine()) != null){System.out.println("服务端接收到:"+msg);}*/if ((msg = br.readLine()) != null){System.out.println("服务端接收到：" + msg);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

3.3、输出

===服务端启动===
服务端接收到：hello World! 服务端，你好

3.4、小结

在以上通信中，服务端会一直等待客户端的消息，如果客户端没有进行消息的发送，服务端将一直进入阻塞状态。

同时服务端是按照行获取消息的，这意味着客户端也必须按照行进行消息的发送，否则服务端将进入等待消息的阻塞状态！

4、BIO模式下多发和多收消息

在上面的案例中，只能实现客户端发送消息，服务端接收消息， 并不能实现反复的收消息和反复的发消息，我们只需要在客户端案例中，加上反复按照行发送消息的逻辑即可！ 案例代码如下：

4.1、客户端代码如下

package bio;import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintStream;
import java.net.Socket;/*** 客户端*/
public class Client {public static void main(String[] args) {try {//1、创建socket链接Socket socket = new Socket("127.0.0.1",9999);//2、从socket对象中获取一个输出流OutputStream out = socket.getOutputStream();//3、把字节输出流包装成打印流PrintStream printStream = new PrintStream(out);Scanner sc = new Scanner(System.in);while (true){System.out.print("请说：");String msg = sc.nextLine();printStream.println(msg);printStream.flush();}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

4.2、服务端代码如下

package bio;import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
/*** 目标：服务端可以反复的接收消息，客户端可以反复的发送消息*/
public class Server {public static void main(String[] args) {try {System.out.println("===服务端启动===");//1、对服务端端口进行注册 9999ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);//2、监听客户端socket请求Socket socket = serverSocket.accept();//3、从socket管道中得到一个字节输入流对象InputStream is = socket.getInputStream();//4、将字节输入流包装成一个缓冲字符输入流，提高效率BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));String msg;while ((msg = br.readLine()) != null){System.out.println("服务端接收到:"+msg);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

4.3、输出

客户端：
请说：hello
请说：what are you doing?
请说：服务端：
===服务端启动===
服务端接收到：hello
服务端接收到：what are you doing?

5、BIO模式下接收多个客户端

5.1、概述

在上述的案例中，一个服务端只能接收一个客户端的通信请求，那么如果服务端需要处理很多个客户端的消 息通信请求应该如何处理呢，此时我们就需要在服务端引入线程了，也就是说客户端每发起一个请求，服务端就创建一个新的线程来处理这个客户端的请求，这样就实现了一个客户端一个线程的模型。

图解模式如下：

1-1

5.2、客户端案例代码

package bio;import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintStream;
import java.net.Socket;/*** 客户端*/
public class Client {public static void main(String[] args) {try {//1、创建socket链接Socket socket = new Socket("127.0.0.1",9999);//2、从socket对象中获取一个输出流OutputStream out = socket.getOutputStream();//3、把字节输出流包装成打印流PrintStream printStream = new PrintStream(out);Scanner sc = new Scanner(System.in);while (true){System.out.print("请说：");String msg = sc.nextLine();printStream.println(msg);printStream.flush();}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

5.3、服务端案例代码

package bio;import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
/*** 目标：服务端可以实现同时接收多个客户端的Socket通信需求* 思路：服务端每接收到一个客户端socket请求对象之后都交给一个独立的线程来处理客户端的数据交互需求*/
public class Server {public static void main(String[] args) {try {//1.注册端口ServerSocket ss = new ServerSocket(9999);//2.定义一个死循环，负责不断的接收客户端的Socket的连接请求while(true){Socket socket = ss.accept();//3.创建一个独立的线程来处理与这个客户端的socket通信需求new ServerThreadReader(socket).start();}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

5.4、线程类

public class ServerThreadReader extends Thread {private Socket socket;public ServerThreadReader(Socket socket){this.socket = socket;}@Overridepublic void run() {try {//1、从socket对象中得到一个字节输入流InputStream is = socket.getInputStream();//2、使用缓存字符输入流包装字节输入流BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));String msg;while ((msg = br.readLine()) != null){System.out.println(msg);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

5.5、输出

===client1:
请说：
ppp
请说：
你在干嘛？
请说：
我是第一个client
请说：===client2:
请说：
lll
请说：
还钱！！！
请说：
我是第二个client
请说：===client3:
请说：
我是第三个client
请说：===server:
lll
ppp
你在干嘛？
还钱！！！
我是第二个client
我是第一个client
我是第三个client

5.6、小结

  • 每个Socket接收到，都会创建一个线程，线程的竞争、切换上下文影响性能；
  • 每个线程都会占用栈空间和CPU资源；
  • 并不是每个socket都进行lO操作，无意义的线程处理；
  • 客户端的并发访问增加时。服务端将呈现1:1的线程开销，访问量越大，系统将发生线程栈溢出，
  • 线程创建失败，最终导致进程宕机或者僵死，从而不能对外提供服务。

6、伪异步I/O编程

6.1、概述

在上述案例中：客户端的并发访问增加时。服务端将呈现1:1的线程开销，访问量越大，系统将发生线程栈溢出，线程创建失败，最终导致进程宕机或者僵死，从而不能对外提供服务。

接下来我们采用一个伪异步I/O的通信框架，采用线程池和任务队列实现，当客户端接入时，将客户端的Socket封装成一个Task (该任务实现Java. lang. Runnable(线程任务接口）交给后端的线程池中进行处理。JDK的线程池维护一个消息队列和N个活跃的线程，对消息队列中Socket任务进行处理，由于线程池可以设置消息队列的大小和最大线程数，因此，它的资源占用是可控的，无论多少个客户端并发访问，都不会导致资源的耗尽和宕机。

如下图所示：

6.2、客户端案例代码

package bio;import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintStream;
import java.net.Socket;/*** 客户端*/
public class Client {public static void main(String[] args) {try {//1、创建socket链接Socket socket = new Socket("127.0.0.1",9999);//2、从socket对象中获取一个输出流OutputStream out = socket.getOutputStream();//3、把字节输出流包装成打印流PrintStream printStream = new PrintStream(out);Scanner sc = new Scanner(System.in);while (true){System.out.print("请说：");String msg = sc.nextLine();printStream.println(msg);printStream.flush();}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

6.3、服务端案例代码

package bio;import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;/*** 目标：开发实现伪异步通讯架构* 思路：服务端没接收到一个客户端socket请求对象之后都交给一个独立的线程来处理客户端的数据交互需求*/
public class Server {public static void main(String[] args) {try {//1.注册端口ServerSocket ss = new ServerSocket(9999);//2.定义一个死循环，负责不断的接收客户端的Socket的连接请求//初始化一个线程池对象HandlerSocketServerPool pool = new HandlerSocketServerPool(3,10);while(true){Socket socket = ss.accept();//3.把socket对象交给一个线程池进行处理// 把socket封装成一个任务对象交给线程池处理Runnable target = new ServerRunnableTarget(socket);pool.execute(target);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

6.4、线程池处理类

public class HandlerSocketServerPool {//1. 创建一个线程池的成员变量用于存储一个线程池对象private ExecutorService executorService;/*** 2.创建这个类的的对象的时候就需要初始化线程池对象* public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,* int maximumPoolSize,* long keepAliveTime,* TimeUnit unit,* BlockingQueue<Runnable> workQueue)*/public HandlerSocketServerPool(int maxThreadNum, int queueSize){executorService = new ThreadPoolExecutor(3, maxThreadNum, 120, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<Runnable>(queueSize));}/*** 3.提供一个方法来提交任务给线程池的任务队列来暂存，等待线程池来处理*/public void execute(Runnable target){executorService.execute(target);}
}

6.5、Socket任务类

public class ServerRunnableTarget implements Runnable {private Socket socket;public ServerRunnableTarget(Socket socket){this.socket = socket;}@Overridepublic void run() {//处理接收到的客户端socket通信需求try {//1.从socket管道中得到一个字节输入流对象InputStream is = socket.getInputStream();//2.把字节输入流包装成一个缓存字符输入流BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));String msg;while((msg = br.readLine()) != null){System.out.println("服务端收到：" + msg);}} catch (Exception e){e.printStackTrace();}}
}

6.5、输出

服务端收到：client1
服务端收到：client2
服务端收到：client3
服务端收到：client4
java.net.SocketException: Connection resetat java.base/java.net.SocketInputStream.read(SocketInputStream.java:186)at java.base/java.net.SocketInputStream.read(SocketInputStream.java:140)at java.base/sun.nio.cs.StreamDecoder.readBytes(StreamDecoder.java:284)at java.base/sun.nio.cs.StreamDecoder.implRead(StreamDecoder.java:326)at java.base/sun.nio.cs.StreamDecoder.read(StreamDecoder.java:178)at java.base/java.io.InputStreamReader.read(InputStreamReader.java:185)at java.base/java.io.BufferedReader.fill(BufferedReader.java:161)at java.base/java.io.BufferedReader.readLine(BufferedReader.java:326)at java.base/java.io.BufferedReader.readLine(BufferedReader.java:392)at com.zhangxudong.ServerRunnableTarget.run(ServerRunnableTarget.java:23)atjava.base/java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1128)atjava.base/java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:628)at java.base/java.lang.Thread.run(Thread.java:834)
服务端收到：client5

6.6、小结

  • 伪异步旧采用了线程池实现，因此避免了为每个请求创建一个独立线程造成线程资源耗尽的问题，但由于底层 依然是采用的同步阻塞模型，因此无法从根采上解决问题。
  • 如果单个消息处理的缓慢，或者服务器线程池中的全部线程都被阻塞，那么后续socket的I/O消息都将在队列 中排队。新的Socket请求将被拒绝，客户端会发生大量连接超时。

http://chatgpt.dhexx.cn/article/IfbJ9HAv.shtml

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