网络编程之IO与NIO阻塞分析
2018.06.09 23:02 423浏览
1. 阻塞与非阻塞是什么？
程序在等待调用结果（消息，返回值等）时的状态（具体的技术，接收数据的方式、状态），它是针对网络传输而言。
1.1 阻塞
白话：做某件事情，直到完成前（除非超时），如果没有完成的时候，则继续等待。
专业解释：调用结果返回前，当前的线程会被挂起，直到得到结果之后才会返回。（也就是说，应用程序在获取网络数据的时候，如果网络传输数据的时候很慢，那么程序就一直等着，知道传输完毕为止）
1.2 非阻塞
白话：做一件事情，尝试着去做，如果不能做完就不做了，直接返回。
专业解释：在不能立刻得到结果之前，该调用不会阻塞当前线程。（应用程序可以直接获取已经准备就绪好的数据，无需等待）
2.传统IO模型（BIO）
2.1 BIO案例
传统IO模型（socket编程），他们存在哪些阻塞点？下面通过一段程序代码解释一下。直接上代码：
package lyx.demo.nio;import java.io.InputStream;import java.net.ServerSocket;import java.net.Socket;/**
* Created by landyChris on 2017/11/3.
* 使用telnet localhost 8888进行测试
*/public class TraditionalSocektIO { public static void main(String[] args) throws Exception{ //新建一个serversocket对象
ServerSocket ss = new ServerSocket(8888);
System.out.println("server is running...."); while(true) { //获取socket客户端套接字
Socket socket = ss.accept();
System.out.println("new client is connected to server.....");
InputStream is = socket.getInputStream(); byte[] b = new byte[1024]; while(true) { int data = is.read(b); if(data != -1) {
String info = new String(b,0,data,"GBK");
System.out.println(info);
}else { break;
}
}
}
}
}运行以上代码，然后通过windows的telnet命令进行模拟客户端连接服务端的操作。如下图所示：
image.png
显示servevr已经启动
image.png
执行以上命令，进入telnet命令界面
image.png
输入任意字符，产生如下结果
image.png
目前只能单个字符输出，不好测试，可以采用ctrl+]的组合键进行字符串形式的输入：
image.png
使用send命令，格式：send helloworld
image.png
程序运行结果如下：
image.png
此时已经可以运行一个客户端连接服务端，进行通信了。我们再另取一个命令行，执行同样的命令进行连接服务端。如下：
image.png
发现连接被阻塞了，输入的任何内容都无法接收。我们停掉第一个命令行，发现如下结果：
image.png
该客户端已经连上服务端可以通信了。
2.2 增强版IO（NIO1.0）
上面的程序只能一个线程连接服务端，为了能多个客户端同时连上服务端，这里使用线程池的方式解决。
package lyx.demo.nio;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;/**
* Created by landyChris on 2017/11/3.
* 使用telnet localhost 8888进行测试
*/public class TraditionalSocektIO { public static void main(String[] args) throws Exception{ //加上线程池就变成了可以连接多个客户端
//但是每个线程还是只能连接一个客户端
ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool(); //新建一个serversocket对象
ServerSocket ss = new ServerSocket(8888);
System.out.println("server is running...."); while(true) { //获取socket客户端套接字
final Socket socket = ss.accept(); //每连接上一个客户端，就放入线程池
threadPool.execute(new Runnable() { public void run() {
System.out.println("new client is connected to server.....");
InputStream is = null; try {
is = socket.getInputStream(); byte[] b = new byte[1024]; while(true) { int data = is.read(b); if(data != -1) {
String info = new String(b,0,data,"GBK");
System.out.println(info);
}else { break;
}
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
}
}
}运行以上程序，按上面步骤重新进行telnet连接操作，有如下结果。
image.png
发现可以多个客户端同时连接服务端。
2.3 阻塞点
a.ServerSocket ss = new ServerSocket(8888);
b.int data = is.read(b);
2.4 传统IO架构图
使用现实生活中餐厅客户点餐的例子进行说明，客户代表我们的Socket客户端，大门代表ServerSocket服务端，而我们的服务员代表Tread。每个服务员（现场）只能服务一个客户端（socket）。如下图所示：
image.png
2.5 优缺点
缺点：
a.占用内存空间多
b.高并发时，线程间的切换CPU开销大（系统资源开销大）
优点：
a.一个线程只能为一个客户端服务，效率（质量）会比较好
3.NIO模型
3.1 特点
Reactor模型，多路复用IO模型,有以下特点：
a.增加了一个重要的角色：Selector，主要负责调度和监控客户端和服务端（调度器）
b.由阻塞方式改为非阻塞方式（Non-Blocking）
3.2 NIO2.0案例
package lyx.demo.nio;import java.io.IOException;import java.net.InetSocketAddress;import java.nio.ByteBuffer;import java.nio.channels.SelectionKey;import java.nio.channels.Selector;import java.nio.channels.ServerSocketChannel;import java.nio.channels.SocketChannel;import java.util.Iterator;/**
* Created by landyChris on 2017/11/3.
* 使用telnet localhost 8888进行测试
*/public class NioSocketDemo { private Selector selector;//通道选择器
public static void main(String[] args) throws IOException {
NioSocketDemo nioSocketDemo = new NioSocketDemo();
nioSocketDemo.initServer(8888);
nioSocketDemo.listenSelector();
} public void initServer(int port) throws IOException { //通道
ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
ssc.configureBlocking(false);//设置成非阻塞
//绑定端口
ssc.socket().bind(new InetSocketAddress(port)); //获取到选择器
selector = Selector.open(); //注册到选择器上
//监听用户的连接事件
ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
System.out.println("服务已经启动.......");
} public void listenSelector() throws IOException{ //轮询监听Selector
while(true) { //最终会调用到操作系统中的多用复用选择器（本地方法）方法（如poll/epoll/select等）
//等待客户连接
this.selector.select(); //迭代SelectionKey中的键值
Iterator<SelectionKey> it = this.selector.selectedKeys().iterator(); while(it.hasNext()) {
SelectionKey key = it.next(); //删除当前SelectionKey
it.remove(); //处理请求
handler(key);
}
}
} private void handler(SelectionKey key) throws IOException{ if(key.isAcceptable()) { //连接事件
System.out.println("新客户端连接上了...."); //处理客户端请求事件
ServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel) key.channel();
SocketChannel sc = ssc.accept();
sc.configureBlocking(false);//设置成非阻塞
//接收客户端发送的信息时，需要给通道设置读的权限
sc.register(selector,SelectionKey.OP_READ);
}else if(key.isReadable()) {
SocketChannel sc = (SocketChannel)key.channel();
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024); int readData = sc.read(buffer); if(readData > 0) {
String info = new String(buffer.array(),"GBK");
System.out.println("服务端接收到数据：" + info);
}else {
System.out.println("客户端关闭了....");
key.cancel();
}
}
}
}运行结果如下，可以连接多个客户端，并且是非阻塞式的连接。
image.png
3.3 NIO架构图
还是以餐厅为例，一个服务员可以服务多个客户了。
image.png
3.4 阻塞点
a.this.selector.select();
b.真正的阻塞点是数据的读取部分
4.总结
a.传统的IO需要为用户创建的每个连接创建一个线程
b.NIO是采用多路复用模型创建连接线程，采用线程池的方式
c.代码地址：https://github.com/landy8530/interview
作者：landy8530
链接：https://www.jianshu.com/p/1d69e620fd61
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