文章目录
- 1 Netty
- 1.1 Netty介绍
- 1.2 Netty应用场景
- 2 Java BIO编程
- 2.1 IO模型
- 2.2 BIO、NIO、AIO 适用场景分析
- 2.3 BIO
- 3 Java NIO编程
- 3.1 NIO基本介绍
- 3.2 NIO和BIO的比较
- 3.3 NIO三大核心原理
1 Netty
1.1 Netty介绍
- Netty 是由 JBOSS 提供的一个 Java 开源框架
- Netty 是一个异步的、基于事件驱动的网络应用框架，用以快速开发高性能、高可靠性的网络IO程序
- Netty 主要针对在 TCP 协议下，面向 Clients 端的高并发应用，或者 Peer-to-Peer 场景下的大量数据持续传输的应用
- Netty 本质是一个 NIO 框架，适用于服务器通讯相关的多种应用场景
1.2 Netty应用场景
使用到Netty的开源项目S
互联网行业
- 互联网行业：在分布式系统中，各个节点之间需要远程服务调用，高性能的 RPC 框架必不可少，Netty作为异步高性能的通信框架，往往作为基础通信组件被这些 RPC 框架使用
- 典型的应用有：阿里分布式服务框架 Dubbo 的 RPC 框架使用 Dubbo 协议进行节点间通信，Dubbo协议默认使用 Netty 作为基础通信组件，用于实现各进程节点之间的内部通信
游戏行业
- Netty 作为高性能的基础通信组件，提供了 TCP/UDP 和 HTTP 协议栈，方便定制和开发私有协议栈，账号登录服务器
- 地图服务器之间可以方便的通过 Netty 进行高性能的通信
大数据行业
- 经典的 Hadoop 的高性能通信和序列化组件 Avro 的 RPC 框架，默认采用 Netty 进行跨界点通信
- 它的 Netty Service 基于 Netty 框架二次封装实现。
2 Java BIO编程
2.1 IO模型
Java 共支持 3 种网络编程模型/IO 模式：BIO、NIO、AIO
Java BIO
- 同步并阻塞(传统阻塞型)
- 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
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上，多路复用器轮询到连接有 I/O 请求就进行处理
Java AIO (NIO.2)
-
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，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
2.2 BIO、NIO、AIO 适用场景分析
BIO 方式
- 适用于连接数目比较小且固定的架构
- 该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。
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。
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。
2.3 BIO
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 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)
-
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，程序简单易理解
BIO 工作机制
BIO编程梳理
- 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 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
应用实例
需求
- 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 方式即可)
编码
public class BIOServer {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 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(单独写一个方法)
ExecutorService newCachedThreadPool = 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");
// 就创建一个线程，与之通讯(单独写一个方法)
newCachedThreadPool.execute(new Runnable() {
public void run() {
// 可以和客户端通讯
handler(socket);
}
});
}
}
// 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 获取输入流
InputStream inputStream = socket.getInputStream();
/ /循环的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();
}
}
}
}
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 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编程
3.1 NIO基本介绍
- Java NIO 全称 java non-blocking IO，是指 JDK 提供的新 API
- 从 JDK1.4 开始，Java 提供了一系列改进的输入/输出的新特性，被统称为 NIO(即 New IO)，是同步非阻塞的
- NIO 相关类都被放在 java.nio 包及子包下，并且对原 java.io 包中的很多类进行改写
- IO 有三大核心部分：Channel(通道)，Buffer(缓冲区), Selector(选择器)
- NIO 是面向缓冲区 ，或者面向块编程的。数据读取到一个它稍后处理的缓冲区，需要时可在缓冲区中前后移动，这就增加了处理过程中的灵活性，使用它可以提供非阻塞式的高伸缩性网络
- Java NIO 的非阻塞模式，使一个线程从某通道发送请求或者读取数据，但是它仅能得到目前可用的数据，如果目前没有数据可用时，就什么都不会获取，而不是保持线程阻塞，所以直至数据变的可以读取之前，该线程可以继续做其他的事情。 非阻塞写也是如此，一个线程请求写入一些数据到某通道，但不需要等待它完全写入，这个线程同时可以去做别的事情
- 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
3.2 NIO和BIO的比较
- BIO 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 则是非阻塞的
- BIO 基于字节流和字符流进行操作，而 NIO **基于 Channel(通道)和 Buffer(缓冲区)**进行操作，数据总是从通道读取到缓冲区中，或者从缓冲区写入到通道中。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），因此使用单个线程就可以监听多个客户端通道
3.3 NIO三大核心原理
Selector 、 Channel 和 Buffer 的关系图
- 每个 channel 都会对应一个 Buffer
- Selector 对应一个线程， 一个线程对应多个 channel(连接)
- 该图反应了有三个 channel 注册到该 selector //程序
- 程序切换到哪个 channel 是有事件决定的，Event 就是一个重要的概念
- Selector 会根据不同的事件，在各个通道上切换
- Buffer 就是一个内存块 ， 底层是有一个数组
- 数据的读取写入是通过 Buffer，这个和 BIO ，BIO 中要么是输入流，或者是输出流，不能双向，但是 NIO 的 Buffer 是可以读也可以写，需要 flip 方法切换 channel 是双向的，可以返回底层操作系统的情况，比如 Linux，底层的操作系统通道就是双向的
