12.BIO详解

article/2025/3/17 18:51:45

Java BIO 就是传统的 java io 编程, 其相关的类和接口在 java.io 中.

BIO 编程简单流程

服务器端启动一个 ServerSocket.
客户端启动 Socket 对服务器进行通讯, 默认情况下服务器需要对每个客户建立一个县线程与之通讯.
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才继续执行.

Java BIO 应用实例

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;public class BIOServer {public static void main(String[] args) throws Exception {ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666);System.out.println("服务器启动");while (true) {// 监听, 等待客户端连接, 每一个 Socket 对象就是一个 客户端.final Socket socket = serverSocket.accept();System.out.println("一个客户端连接");// 创建线程与客户端通讯executorService.execute(() -> {try {InputStream inputStream = socket.getInputStream();while (true) {byte[] bytes = new byte[1024];int read = inputStream.read(bytes);if (read != -1) {System.out.println(new String(bytes, 0, read));} else {break;}}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} finally {System.out.println("关闭客户端连接");try {socket.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}});}}
}

SocketInputStream

在上面的示例代码中, 要读取客户端发送的数据时, 需要先调用 socket.getInputStream() 方法获得输入流, 也就是在该方法内部调用 SocketImpl#getInputStream() , SocketImpl 是个抽象类, socket 通用超类用于创建客户端和服务器套接字.

该输入流对象就是 SocketInputStream, 它是 FileInputStream 的子类.
在这里插入图片描述
当调用 read(byte[]) 方法读取数据时, 最终会调用 socketRead0 这个本地方法.

该本地方法会根据是否设置了超时时间, 做不同的系统调用:

有超时时间: 最终会在 for(;;) 中调用 select 方法(阻塞), 当超时, 失败或读到数据时候, 该方法会返回 0, -1或大于0的整数, 这个整数表示就绪描述符的数目. 当有数据可读的时候在调用 recv 函数非阻塞读取数据. 该函数的最后一个参数值为 MSG_DONTWAIT, 即非阻塞操作.
没有超时时间: 这种情况比较简单, 直接调用以阻塞方式 recv 函数, 也就是最后一个参数值为 0.

上面是读, 下面说说写.

需要获得输出流, socket.getOutputStream().

在 OutputStream 中的 write(byte b[], int off, int len) 方法中也有限制, 每次只能写一个字节.

最终调用本地方法 socketWrite0, 在该方法中会以阻塞方式调用 send 方法写数据.

FileInputStream

读数据: 调用 read 方法读数据时, 最终会调用该类中的 readBytes(byte b[], int off, int len) 本地方法, 该方法中会调用系统函数 read, 以阻塞形式读取指定长度的数据.
写数据: 调用 write 方法写数据时, 最终会调用该类中的 writeBytes(byte b[], int off, int len, boolean append) 本地方法, 该方法中会调用系统函数 write 直接写指定长度数据.

需要注意我现在使用的 jdk 为:

openjdk version "1.8.0_252"
OpenJDK Runtime Environment (AdoptOpenJDK)(build 1.8.0_252-b09)
OpenJDK 64-Bit Server VM (AdoptOpenJDK)(build 25.252-b09, mixed mode)

Java BIO 问题分析

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连接 Read, 业务处理. 数据 Write.
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.
连接创建后, 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, 而且线程的阻塞和唤醒需要占用系统资源.

讨论

recv 方法可以读取任意长度的字节, 为什么在 Java 中要规定每次只读一个字节?

首先限制每次只读取一个字节是在 InputStream 抽象类中的 read(byte b[], int off, int len) 方法限制的.

        int c = read();if (c == -1) {return -1;}b[off] = (byte)c;int i = 1;try {for (; i < len ; i++) {c = read();if (c == -1) {break;}b[off + i] = (byte)c;}} catch (IOException ee) {}