Java网络编程----通过实现简易聊天工具来聊聊BIO

种地 · 2023-5-16 15:05:26

IO模型即输入输出模型，我们今天主要来聊的是java网络编程中的IO模型---BIO模型。
BIO即阻塞式IO，Blocking IO
blocking [ˈblɒkɪŋ]
v. 堵塞; 阻塞; 堵住(某人的路等); 挡住(某人的视线等); 妨碍; 阻碍;
那究竟什么是阻塞呢？
这里的阻塞和多线程并发控制中，对未持有锁的线程进行同步阻塞是两个概念。更多的是指停滞不前，由于未接受到指令，只能继续等待的意思。
举个经典的例子：(防盗连接：本文首发自http://www.cnblogs.com/jilodream/ )
西餐厅中，有1个服务员负责招待。客人进入餐厅中，服务员会根据客人的需要下单或上菜。
当客人A要求点菜时，服务员A开始下单。在这个过程中，客人中间发生了停顿，或者犹豫不决时，服务员只能阻塞等待，不能直接停滞，忙其他的事情。这就是所谓的阻塞。
这样就会有一个问题，服务员只能做完一件事，再做一件事，当有客人B也有要求时，则不能并发执行，这里就是前文中说的多线程同步。
这里存在两个"阻塞"，
1、服务员等待指令，只能原地等候下一个指令。
2、由于服务员数量有限，即使其他客人有指令需要下发，服务员依然无法执行。
blocking 属于前者，即服务员只能等待当前客人继续发送指令。
后者则属于多线程同步问题，由于服务员数量有限，无法并发执行事务。
针对于后者，我们一般通过多线程来解决，而前者才是我们今天聊的重点。
大概明白了什么是blocking阻塞之后，我们来看个由blocking IO实现的聊天工具：
Server端代码：

1 package com.example.demo.learn.tcp;
2
3 import java.io.IOException;
4 import java.io.InputStream;
5 import java.io.OutputStream;
6 import java.net.ServerSocket;
7 import java.net.Socket;
8 import java.util.Scanner;
9
10 /**
11 * @discription
12 */
13
14 public class TCPServer {
15 public static void main(String[] args) throws IOException {
16 ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);
17 while (true) {
18 Socket acceptSocket = serverSocket.accept();//注意这里
19 ChatThread chatThread = new ChatThread(acceptSocket);
20 new Thread(chatThread).start();
21 }
22 }
23 }
24
25 class ChatThread implements Runnable {
26 private Socket clientSocket;
27
28 ChatThread(Socket clientSocket) {
29 this.clientSocket = clientSocket;
30 }
31
32 @Override
33 public void run() {
34 try {
35
36 OutputStream os = clientSocket.getOutputStream();
37 SayThread sayThread = new SayThread(os);
38 new Thread(sayThread).start();
39
40 InputStream is = clientSocket.getInputStream();
41 byte[] buffer = new byte[1024];
42 int len = is.read(buffer);//注意这里
43 while (len > 0) {
44 String msg = new String(buffer, 0, len);
45 System.out.println("");
46 System.out.println("receive client msg:");
47 System.out.println(msg);
48 System.out.println("");
49 len = is.read(buffer);//注意这里
50 }
51 clientSocket.close();
52
53 } catch (Exception ex) {
54 //logs
55 }
56
57 }
58 }
59
60 class SayThread implements Runnable {
61 private OutputStream os;
62
63 SayThread(OutputStream outputStream) {
64 this.os = outputStream;
65 }
66
67 @Override
68 public void run() {
69 try {
70 os.write("server connect success!!!".getBytes());
71 Scanner inputScanner = new Scanner(System.in);
72 while (true) {
73 String str = inputScanner.nextLine();
74 os.write(str.getBytes());
75 os.flush();
76 }
77
78 } catch (Exception ex) {
79 //logs
80 }
81
82 }
83 }

复制代码

Client端代码：

1 package com.zzzlei.zxxb.experience;
2
3 import java.io.IOException;
4 import java.io.InputStream;
5 import java.io.OutputStream;
6 import java.net.Socket;
7 import java.util.Scanner;
8
9 /**
10 * @discription
11 */
12 public class TCPClient {
13 public static void main(String[] args) throws IOException {
14 Socket clientSocket=new Socket("127.0.0.1",9999);
15 ChatThread chatThread = new ChatThread(clientSocket);
16 new Thread(chatThread).start();
17
18 }
19 }
20
21 class ChatThread implements Runnable {
22 private Socket clientSocket;
23
24 ChatThread(Socket clientSocket) {
25 this.clientSocket = clientSocket;
26 }
27
28 @Override
29 public void run() {
30 try {
31 OutputStream os = clientSocket.getOutputStream();
32 SayThread sayThread = new SayThread(os);
33 new Thread(sayThread).start();
34
35 InputStream is = clientSocket.getInputStream();
36 byte[] buffer = new byte[1024];
37 int len = is.read(buffer);//注意这里
38 while (len > 0) {
39 String msg = new String(buffer, 0, len);
40 System.out.println("");
41 System.out.println("receive server msg :");
42 System.out.println(msg);
43 System.out.println("");
44 len = is.read(buffer);//注意这里
45 }
46 clientSocket.close();
47
48 } catch (Exception ex) {
49 //logs
50 }
51
52 }
53 }
54
55 class SayThread implements Runnable {
56 private OutputStream os;
57
58 SayThread(OutputStream outputStream) {
59 this.os = outputStream;
60 }
61
62 @Override
63 public void run() {
64 try {
65 os.write("client connect success!!!".getBytes());
66 Scanner inputScanner = new Scanner(System.in);
67 while (true) {
68 String str = inputScanner.nextLine();
69 os.write(str.getBytes());
70 os.flush();
71 }
72
73 } catch (Exception ex) {
74 //logs
75 }
76
77 }
78 }

复制代码

效果如图，我们可以通过这两个程序进行聊天：
客户端截图：

服务端截图：

下面就是BIO模型的简示图

服务端在创建好serverSocket之后，会等待客户端socket的连接，当连接成功后，会在服务端和客户端通过Socket进行通信。
在这个程序（模型）中，存在两个阻塞的点：(防盗连接：本文首发自http://www.cnblogs.com/jilodream/ )
1、服务器在等待客户端接入，也就是accept的地方。（服务端代码的 18行）
2、服务器或客户端在等待socket写入指令的地方。（服务端代码的42,49行，客户端代码37,44行）
如图，线程虽然是RUNNING状态，但是却不继续执行了：

想一想，这两个地方是不是都是无法通过增加线程来实现？
BIO是Jdk 1.0 时就引入的网络编程模型，Jdk1.4之后，引入了NIO（我会在后文中详细介绍），来解决阻塞问题，让线程不再等待。
那有了NIO是不是就不再需要，BIO了呢？(防盗连接：本文首发自http://www.cnblogs.com/jilodream/ )
并不是，BIO的优点是可以通过增加线程进行业务隔离，逻辑清晰，编码和模型实现也都非常简单。
缺点则是如果想提高性能，需要增加多线程支撑，即使如此仍然存在阻塞点导致性能瓶颈上限比较低。
因此在资源满足的情况下，连接数量少时，是比较推荐使用BIO的。

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