1. BIO、NIO、AIO介紹

在不同系統(tǒng)或進(jìn)程間數(shù)據(jù)交互，或高并發(fā)場(chǎng)景下都選喲網(wǎng)絡(luò)通信。早期是基于性能低下的同步阻塞IO(BIO)實(shí)現(xiàn)。后支持非阻塞IO(NIO)。
前置須知：javsse，java多線程，javaIO，java網(wǎng)絡(luò)模型
目的：局域網(wǎng)內(nèi)通信，多系統(tǒng)間底層消息傳遞機(jī)制，高并發(fā)下大數(shù)據(jù)通信，游戲應(yīng)用。

2 .java的io演進(jìn)

2.1 IO模型基本說(shuō)明

IO模型：性能取決于用什么通信模式或架構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和接收。java共支持3種網(wǎng)絡(luò)編程的IO，見(jiàn)標(biāo)題

2.2 IO模型

javaBIO

同步并阻塞。服務(wù)器一個(gè)鏈接一個(gè)線程，即客戶端請(qǐng)求服務(wù)器只啟動(dòng)一個(gè)線程處理，如果鏈接空閑則浪費(fèi)線程開(kāi)銷。

javaNIO

同步非阻塞。服務(wù)器一個(gè)線程處理多個(gè)鏈接（請(qǐng)求）。即客戶端請(qǐng)求都會(huì)注冊(cè)到多路復(fù)用上。輪詢到有IO請(qǐng)求就進(jìn)行處理。

javaAIO（NIO2.0版本）

異步非阻塞。服務(wù)器一個(gè)有效請(qǐng)求一個(gè)線程，客戶端IO請(qǐng)求都由OS先完成了在通知服務(wù)器創(chuàng)建線程處理，一般用于連接數(shù)較多且鏈接時(shí)間較長(zhǎng)應(yīng)用。

2.3 BIO、NIO、AIO使用場(chǎng)景

1. BIO：連接小且固定架構(gòu)。JDK1.4前唯一選擇，簡(jiǎn)單。
2. NIO：連接多且較短架構(gòu)。比如聊天，彈幕，服務(wù)間通訊等，JDK1.4后支持，復(fù)雜。
3. AIO：連接多且較長(zhǎng)家都。比如相冊(cè)服務(wù)，充分調(diào)用OS參與并發(fā)，JDK1.7后支持，復(fù)雜。

3. Java BIO

3.1 BIO介紹

相關(guān)類接口間java.io。一個(gè)鏈接創(chuàng)建一個(gè)線程?？赏ㄟ^(guò)線程池優(yōu)化成多客戶端鏈接。

3.2 BIO機(jī)制

3.3 傳統(tǒng)的BIO編程實(shí)例

網(wǎng)絡(luò)編程CS架構(gòu)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)進(jìn)程間通信，服務(wù)端提供IP+PORT，客戶端通過(guò)鏈接操作向服務(wù)端監(jiān)聽(tīng)的端口地址發(fā)起請(qǐng)求?；赥CP三次握手建立鏈接，通過(guò)套接字Socket進(jìn)行通信。
同步阻塞種服務(wù)端serverSocket負(fù)責(zé)綁定IP地址，啟動(dòng)監(jiān)聽(tīng)端口?？蛻舳薙ocket負(fù)責(zé)發(fā)起請(qǐng)求。通過(guò)輸入輸出流進(jìn)行同步阻塞通信。
特點(diǎn)：C/S完全同步，耦合。

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1.創(chuàng)建socket對(duì)象請(qǐng)求服務(wù)端的鏈接
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 9999);
        //2.從socket對(duì)象中獲取一個(gè)字節(jié)輸出流
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        //3.把字節(jié)輸出流包裝成一個(gè)打印流
        PrintStream ps = new PrintStream(os);
        ps.println("hello world！服務(wù)端");
        ps.flush();
    }
}

/**
 * 目標(biāo)：客戶端發(fā)送消息，服務(wù)端接受消息
 */
public class Server {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            System.out.println("服務(wù)端啟動(dòng)");
            //1.定義ServerSocket對(duì)象驚醒服務(wù)器端口注冊(cè)
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);
            //2.監(jiān)聽(tīng)客戶端的Socket鏈接請(qǐng)求
            Socket socket = serverSocket.accept();
            //3.從socket管道中得到一個(gè)字節(jié)輸入流對(duì)象
            InputStream is = socket.getInputStream();
            //4.把字節(jié)輸入流包裝成一個(gè)緩沖字符輸入流 要以行為單位讀取
            BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
            String msg;
            if ((msg = br.readLine()) != null) {
                System.out.println("服務(wù)端接收到：" + msg);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

小結(jié)：

• 在以上通信中，服務(wù)端會(huì)一直等待客戶端的消息，如果客戶端沒(méi)有進(jìn)行消息的發(fā)送，服務(wù)端將一直進(jìn)入阻塞狀態(tài)
• 同時(shí)服務(wù)端是按照行 獲取信息的，客戶端也必須按照行 發(fā)送。否則服務(wù)端進(jìn)入等待消息的阻塞態(tài)。

3.4 BIO實(shí)現(xiàn)多發(fā)和多收消息

在3中，只能客戶端發(fā)送消息，服務(wù)端接收消息，并不能反復(fù)的接收和發(fā)送消息。改進(jìn)：

Client:
        PrintStream ps = new PrintStream(os);
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        while(true) {
            System.out.println("input:");
            String msg = sc.nextLine();
            ps.println(msg);
            ps.flush();
        }
Server:
       while ((msg = br.readLine()) != null) {
           System.out.println("服務(wù)端接收到：" + msg);
       }

小結(jié)：

• 服務(wù)端只能處理一個(gè)客戶端請(qǐng)求，因?yàn)閱尉€程，一次只能與一個(gè)客戶端進(jìn)行消息通信。

3.5 BIO下接收多個(gè)客戶端

需在服務(wù)端引入多線程解決多客戶端請(qǐng)求。這樣就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)客戶端一個(gè)線程模型。

/**
 * 目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)服務(wù)端同時(shí)處理多個(gè)客戶端的socket連接
 * 實(shí)現(xiàn)：服務(wù)端每接收一個(gè)客戶端socket請(qǐng)求對(duì)象后都交給一個(gè)獨(dú)立線程處理客戶端的數(shù)據(jù)交互。
 */
public class Server {
    public static void main(String[] args) {
        try{
            //1.注冊(cè)端口
            ServerSocket ss = new ServerSocket(9999);
            //2.定義死循環(huán)，不斷接收客戶端的Socket鏈接
            while(true) {
                Socket socket = ss.accept();
                //3.創(chuàng)建一獨(dú)立的線程來(lái)處理與這個(gè)客戶端的socket通信
                new ThreadServerReader(socket).start();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
public class ThreadServerReader extends Thread {
    private Socket socket;

    public ThreadServerReader(Socket socket) {
        this.socket = socket;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            //從socket對(duì)象中得到一個(gè)字節(jié)輸入流
            InputStream is = socket.getInputStream();
            //使用緩沖字符輸入流包裝字節(jié)輸入流
            BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
            String msg;
            while ((msg = br.readLine()) != null) {
                System.out.println(msg);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

小結(jié)：

1. 每個(gè)Socket接收都會(huì)創(chuàng)建線程，線程競(jìng)爭(zhēng)，切換上下文會(huì)影響性能。
2. 每個(gè)線程都會(huì)占用?？臻g和CPU資源
3. 并不是每個(gè)Socket都進(jìn)行IO操作，無(wú)意義的線程處理
4. 客戶端的并發(fā)訪問(wèn)增加時(shí)。服務(wù)端將呈現(xiàn)1:1的線程開(kāi)銷，訪問(wèn)量越大，系統(tǒng)將發(fā)生線程棧溢出，線程創(chuàng)建失敗，最終導(dǎo)致進(jìn)程宕機(jī)或僵死。

3.6 偽異步IO編程

采用線程池和任務(wù)隊(duì)列實(shí)現(xiàn)，當(dāng)客戶端接入，將Socket封裝成一個(gè)Task交由后端的線程池進(jìn)行處理。JDK線程池維護(hù)一個(gè)消息隊(duì)列和N個(gè)活躍線程。對(duì)消息隊(duì)列中socket任務(wù)進(jìn)行處理，由于線程池可設(shè)置消息隊(duì)列的大小和最大線程數(shù)，因此，資源可控，無(wú)論多少客戶端并發(fā)訪問(wèn)，都不會(huì)資源不夠。

/**
 * 目標(biāo)：偽異步通信架構(gòu)
 */
public class Server {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            ServerSocket ss = new ServerSocket(9999);
            //初始化線程池對(duì)象
            HandlerSocketServerPool pool = new HandlerSocketServerPool(6, 10);
            while(true) {
                Socket socket = ss.accept();
                //把socket封裝成任務(wù)對(duì)象交給一個(gè)線程池來(lái)處理
                Runnable target = new ServerRunnableTarget(socket);
                pool.execute(target);
            }
        } catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
//線程池
public class HandlerSocketServerPool {
    //1.創(chuàng)建一個(gè)線程池
    private ExecutorService excutorService;

    //2.初始化
    public HandlerSocketServerPool(int maxThreadNum, int queueSize) {
        excutorService = new ThreadPoolExecutor(3, maxThreadNum, 120, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<Runnable>(queueSize));
    }

    //3.提供方法提交任務(wù)給線程池的任務(wù)來(lái)暫存，等待線程池來(lái)執(zhí)行
    public void execute(Runnable target){
        excutorService.execute(target);
    }
}
//功能
public class ServerRunnableTarget implements Runnable {
    private Socket socket;

    public ServerRunnableTarget(Socket socket) {
        this.socket = socket;
    }

    @Override
    public void run() {
        //處理客戶端socket請(qǐng)求
        try {
            InputStream is = socket.getInputStream();
            BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
            String msg;
            if ((msg = br.readLine()) != null) {
                System.out.println(msg);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

小結(jié)：

• 偽異步io采用線程池實(shí)現(xiàn)，因此避免了為每個(gè)請(qǐng)求都創(chuàng)建獨(dú)立線程造成資源耗盡的問(wèn)題，由于底層還是同步阻塞，沒(méi)解決根本問(wèn)題。
• 如果單個(gè)消息處理緩慢，或服務(wù)器全部阻塞。那么后面的socket的io消息都將在隊(duì)列中排隊(duì)，新的socket將被拒絕，客戶端會(huì)大量鏈接超時(shí)。

3.7 基于BIO形勢(shì)下的文件上傳

/**
 * 實(shí)現(xiàn)客戶端任意類型文件給服務(wù)端保存
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);
            //把字節(jié)輸出流包裝成一個(gè)數(shù)據(jù)輸出流
            DataOutputStream dos = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
            //發(fā)送文件后綴給服務(wù)端
            dos.writeUTF(".png");
            //把文件數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)端
            InputStream is = new FileInputStream("http://Path");
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int len;
            while ((len = is.read(buffer)) > 0) {
                dos.write(buffer, 0, len);
            }
            dos.flush();
            //通知服務(wù)端接收完畢
            socket.shutdownOutput();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
/**
 * 接收客戶端任意類型文件并保存
 */
public class Server {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            ServerSocket socket = new ServerSocket(8888);
            while (true) {
                Socket accept = socket.accept();
                //交給獨(dú)立線程來(lái)處理與這個(gè)客戶端的文件通信需求
                new ServerReaderThread(accept).start();
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
public class ServerReaderThread extends Thread {
    private Socket socket;

    public ServerReaderThread(Socket socket) {
        this.socket = socket;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            //得到數(shù)據(jù)輸入流讀取客戶端發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)
            DataInputStream dis = new DataInputStream(socket.getInputStream());
            //讀取客戶端發(fā)送的文件類型
            String suffix = dis.readUTF();
            System.out.println("收到文件,類型：" + suffix);
            //定義字節(jié)輸出管道，負(fù)責(zé)把客戶端發(fā)過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)寫(xiě)出
            FileOutputStream os = new FileOutputStream("C:\\path\\" + UUID.randomUUID().toString() + suffix);
            //從數(shù)據(jù)輸入流中讀取文件數(shù)據(jù)，寫(xiě)出到字節(jié)輸出流中
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int len;
            while ((len = dis.read(buffer)) > 0) {
                os.write(buffer, 0, len);
            }
            os.close();
            System.out.println("保存文件成功");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

3.8 javaBIO下的端口轉(zhuǎn)發(fā)

需求：一個(gè)客戶端消息可發(fā)送所有的客戶端接收（群聊）

/**
 * BIO下服務(wù)端端口轉(zhuǎn)發(fā)
 * 服務(wù)端需求：
 *      1.注冊(cè)端口
 *      2.收到客戶端的socket鏈接，交給獨(dú)立的線程來(lái)處理
 *      3.把當(dāng)前連接的客戶端socket存入到一個(gè)所謂的在線socket集合中保存
 *      4.接收客戶端消息，然后推送給當(dāng)前所有在線的socket接收
 */
public class Server {
    //定義靜態(tài)集合
    public static List<Socket> allSocketOnLine = new ArrayList<>();

    public static void main(String[] args) {
        try {
            ServerSocket ss = new ServerSocket(9999);
            while(true){
                Socket socket = ss.accept();
                //把登陸的客戶端socket存入到一個(gè)在線集合中去
                allSocketOnLine.add(socket);
                //為當(dāng)前登錄成功的socket分配一個(gè)獨(dú)立的線程來(lái)處理與之通信
                new ServerReaderThread(socket).start();
            }
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
public class ServerReaderThread extends Thread {
    private Socket socket;
    public ServerReaderThread(Socket socket){
        this.socket = socket;
    }
    @Override
    public void run(){
        try {
            BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            String msg;
            while ((msg = br.readLine())!=null){
                //服務(wù)端接收到客戶端的消息推送給當(dāng)前所有在線socket
                sendMsgToAllClient(msg);
            }
        }catch (Exception e){
            System.out.println("當(dāng)前有人下線！");
            //從在線socket中移除本socket
            Server.allSocketOnLine.remove(socket);
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //把當(dāng)前客戶端發(fā)來(lái)的消息推送全部在線socket
    private void sendMsgToAllClient(String msg) throws IOException {
        for (Socket sk : Server.allSocketOnLine) {
            PrintStream ps = new PrintStream(sk.getOutputStream());
            ps.println(msg);
            ps.flush();
        }
    }
}

3.9 基于BIO下即時(shí)通信

項(xiàng)目功能

需要解決客戶端到客戶端的通信，即實(shí)現(xiàn)客戶端間的端口消息轉(zhuǎn)發(fā)。
功能說(shuō)明：
1.客戶端登陸：輸入用戶名和服務(wù)端ip
2.在線人數(shù)實(shí)時(shí)更新：用戶登錄同步更新客戶端聯(lián)系人列表
3.離線人數(shù)更新：下線同步
4.群聊：任一客戶端消息轉(zhuǎn)發(fā)所有客戶端接收
5.私聊：選擇某一對(duì)象發(fā)送消息
6.@消息：可@該用戶，所有人可見(jiàn)
7.消息用戶和時(shí)間點(diǎn)：服務(wù)端記錄用戶消息時(shí)間點(diǎn)，然后進(jìn)行多路轉(zhuǎn)發(fā)或選擇。

服務(wù)端設(shè)計(jì)

服務(wù)端接收多個(gè)客戶端

服務(wù)端需要接收多個(gè)客戶端的接入。

• 1.服務(wù)端需要接收多個(gè)客戶端，目前我們采取的策略是一個(gè)客戶端對(duì)應(yīng)一個(gè)服務(wù)端線程。
• 2.服務(wù)端除了要注冊(cè)端口以外，還需要為每個(gè)客戶端分配一個(gè)獨(dú)立線程處理與之通信。

服務(wù)端主體代碼，主要進(jìn)行端口注冊(cè)，和接收客戶端，分配線程處理該客戶端請(qǐng)求

服務(wù)端接收登錄消息及檢測(cè)離線

接收客戶端的登陸消息。

實(shí)現(xiàn)步驟

• 需要在服務(wù)端處理客戶端的線程的登陸消息。
• 需要注意的是，服務(wù)端需要接收客戶端的消息可能有很多種。
  • 分別是登陸消息，群聊消息，私聊消息 和@消息。
  • 這里需要約定如果客戶端發(fā)送消息之前需要先發(fā)送消息的類型，類型我們使用信號(hào)值標(biāo)志（1，2，3）。
    • 1代表接收的是登陸消息
    • 2代表群發(fā)| @消息
    • 3代表了私聊消息
• 服務(wù)端的線程中有異常校驗(yàn)機(jī)制，一旦發(fā)現(xiàn)客戶端下線會(huì)在異常機(jī)制中處理，然后移除當(dāng)前客戶端用戶，把最新的用戶列表發(fā)回給全部客戶端進(jìn)行在線人數(shù)更新。

服務(wù)端接收群聊

接收客戶端發(fā)來(lái)的群聊消息推送給當(dāng)前在線的所有客戶端

實(shí)現(xiàn)步驟

• 接下來(lái)要接收客戶端發(fā)來(lái)的群聊消息。
• 需要注意的是，服務(wù)端需要接收客戶端的消息可能有很多種。
  • 分別是登陸消息，群聊消息，私聊消息 和@消息。
  • 這里需要約定如果客戶端發(fā)送消息之前需要先發(fā)送消息的類型，類型我們使用信號(hào)值標(biāo)志（1，2，3）。
    • 1代表接收的是登陸消息
    • 2代表群發(fā)| @消息
    • 3代表了私聊消息

服務(wù)端接收私聊

私聊消息的推送邏輯.文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-426637.html

實(shí)現(xiàn)步驟

• 解決私聊消息的推送邏輯，私聊消息需要知道推送給某個(gè)具體的客戶端
• 我們可以接收到客戶端發(fā)來(lái)的私聊用戶名稱，根據(jù)用戶名稱定位該用戶的Socket管道，然后單獨(dú)推送消息給該Socket管道。
• 需要注意的是，服務(wù)端需要接收客戶端的消息可能有很多種。
  • 分別是登陸消息，群聊消息，私聊消息 和@消息。
  • 這里需要約定如果客戶端發(fā)送消息之前需要先發(fā)送消息的類型，類型我們使用信號(hào)值標(biāo)志（1，2，3）。
    • 1代表接收的是登陸消息
    • 2代表群發(fā)| @消息
    • 3代表了私聊消息

  小結(jié)

demo地址：https://gitee.com/xuyu294636185/JAVA_IO_DEMO.git

• 本節(jié)我們解決了私聊消息的推送邏輯，私聊消息需要知道推送給某個(gè)具體的客戶端Socket管道
• 我們可以接收到客戶端發(fā)來(lái)的私聊用戶名稱，根據(jù)用戶名稱定位該用戶的Socket管道，然后單獨(dú)推送消息給該Socket管道。

客戶端設(shè)計(jì)

到了這里，關(guān)于JAVA的BIO、NIO、AIO模式精解（一）的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！