走进Netty之NIO入门

本文主要就NIO入门做个介绍。

1. 同步阻塞I/O:(BIO)

缺点:缺乏弹性,一般直接就是一个服务器端监听,根据来的请求进行创建新的线程进行交互,完成之后销毁线程,存在的问题,有可能由于请求太多,导致服务器宕机,不能向外提供服务。


下面是一个简单地例子:

package com.eric.io;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class HiServer {

    private static int port = 12345;

    public static void main(String[] args) {
        try {
            ServerSocket sst = new ServerSocket(port);
            Socket socket = new Socket();
            /**
             * Listens for a connection to be made to this socket and accepts it. The method blocks until a connection is made.
             */
            socket = sst.accept();

            ServerThread ss = new ServerThread(socket);
            ss.run();
        } catch (IOException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }

    }

    private static class ServerThread implements Runnable {

        private Socket so;

        public ServerThread(Socket so) {
            this.so = so;
        }

        public Socket getSo() {
            return so;
        }

        public void setSo(Socket so) {
            this.so = so;
        }

        @Override
        public void run() {

            BufferedReader br = null;
            PrintWriter pw = null;
            String requestFromClient = null;
            try {
                pw = new PrintWriter(so.getOutputStream(), true);
            } catch (IOException e2) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e2.printStackTrace();
            }

            try {
                br = new BufferedReader(new InputStreamReader(so.getInputStream()));
            } catch (IOException e1) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e1.printStackTrace();
            }
            while (true) {
                try {
                    requestFromClient = br.readLine();
                    System.out.println("The Request from Client : " + requestFromClient);
                    pw.println("hello, this is response from server");
                } catch (IOException e) {
                } finally {
                    try {
                        /**
                         * <p> Closing this socket will also close the socket's
                         * {@link java.io.InputStream InputStream} and
                         * {@link java.io.OutputStream OutputStream}.
                         *
                         * <p> If this socket has an associated channel then the channel is closed
                         * as well.
                         * **/
                        so.close();
                    } catch (IOException e) {
                        // TODO Auto-generated catch block
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }

    }

}

2. 伪异步I/O

采用线程池或者消息队列实现伪异步I/O通信框架,相对于BIO,则线程数是可以控制的.

下面是改造之后的Server.

package com.eric.io;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.RejectedExecutionHandler;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class HiServer2 {

    private static int port = 12345;

    private static ExecutorService ex = new ThreadPoolExecutor(Runtime.getRuntime().availableProcessors(), 4, 2,
            TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(1), Executors.defaultThreadFactory(),
            new EricSayNoRejectedExecutionHandler());

    public static void main(String[] args) {
        try {
            ServerSocket sst = new ServerSocket(port);
            Socket socket = null;
            /**
             * Listens for a connection to be made to this socket and accepts
             * it. The method blocks until a connection is made.
             */
            while (true) {
                socket = sst.accept();
                ServerThread ss = new ServerThread(socket);
                ex.execute(ss);
            }

        } catch (IOException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }

    }

    private static class ServerThread implements Runnable {

        private Socket so;

        public ServerThread(Socket so) {
            this.so = so;
        }

        public Socket getSo() {
            return so;
        }

        public void setSo(Socket so) {
            this.so = so;
        }

        @Override
        public void run() {
            BufferedReader br = null;
            PrintWriter pw = null;
            String requestFromClient = null;
            try {
                pw = new PrintWriter(so.getOutputStream(), true);
            } catch (IOException e2) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e2.printStackTrace();
            }

            try {
                br = new BufferedReader(new InputStreamReader(so.getInputStream()));
            } catch (IOException e1) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e1.printStackTrace();
            }
            try {
                requestFromClient = br.readLine();
                System.out.println("The Request from Client : " + requestFromClient);
                pw.println("hello, this is response from server");
                
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(20);
                } catch (InterruptedException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
                
            } catch (IOException e) {
            } finally {
                try {
                    /**
                     * <p>
                     * Closing this socket will also close the socket's
                     * {@link java.io.InputStream InputStream} and
                     * {@link java.io.OutputStream OutputStream}.
                     *
                     * <p>
                     * If this socket has an associated channel then the channel
                     * is closed as well.
                     **/

                    so.shutdownInput();
                    so.shutdownOutput();
                    so.close();
                    System.out.println(so.isInputShutdown());
                } catch (IOException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }

    }

    private static class EricSayNoRejectedExecutionHandler implements RejectedExecutionHandler {

        @Override
        public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {

            System.out.println("Sorry , this is no resource for your task");

        }

    }

}

上面的伪异步依旧无法解决同步IO 根本性问题,因此该方法仅仅就是一定程度上面改善。

存在的问题有如下:如果客户端请求过重,导致服务器端负载太大,大多数的请求将被阻塞,很多情况下面,由于服务器端的性能以及网络带宽因素,引起的服务不稳定同样也会引起服务器崩溃,客户端的请求连接超时等等。

3. NIO(包含AIO)

NIO : none-blocking I/O , 因为是 1.4 版本之后推出的, 所以也叫new I/O, 实际上面 在NIO 2.0 之后提出了新的概念 AIO(asynchronized I/O)
因此引出的相关API 概念(channel, selector等)下面是一些概念介绍 :

(1) 缓冲区buffer

在面向流的I/O中,数据都是直接写入或者读到stream,NIO库中采用的是缓冲区处理,通常是一个字节数组ByteBuffer(CharBuffer等等)

(2) 通道 channel

是一个全双工通道,而流是单向的,需要inputStream 和 outputStream,channel 同时支持读写操作。

(3) 多路复用器 Selector

通过轮询注册在Selector 上面的Channel,通过selectionKey获取Channel 的集合,进行后续的操作,JDK 采用epoll代替传统的select实现,epoll 不受连接句柄数目的影响,用户控件 mmap 同一块内存实现,而且epoll 为每一个 FD指定一个回调函数,将就绪的FD 放入到就绪链表中,因此节省了大量的CPU 时间。

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