面试题BIO和NIO数量问题

面试题BIO和NIO数量问题

一、问题

BIO 和 NIO 作为 Server 端，当建立了 10 个连接时，分别产生多少个线程？

答案：

因为传统的 IO 也就是 BIO 是同步线程堵塞的，所以每个连接都要分配一个专用线程来处理请求，这样 10 个连接就会创建 10 个线程去处理。

而 NIO 是一种同步非阻塞的 I/O 模型，它的核心技术是多路复用，可以使用一个连接上的不同通道来处理不同的请求，所以即使有 10 个连接，对于 NIO 来说，开启 1 个线程就够了。

二、BIO 代码实现

/**
 * @author ElloeStudy(Sifa Zhang)
 * @create 2022-06-08 9:53
 * To: 真常应物，真常得性，常清常静，常清静矣
 */
public class DemoServer extends Thread{
    private ServerSocket serverSocket;
    public int getPort() {
        return  serverSocket.getLocalPort();
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            // 自动绑定一个空闲的端口
            serverSocket = new ServerSocket(0);
            while (true) {
                Socket socket = serverSocket.accept();
                RequestHandler requestHandler = new RequestHandler(socket);
                requestHandler.start();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (serverSocket != null) {
                try {
                    serverSocket.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        DemoServer server = new DemoServer();
        server.start();
        try (Socket client = new Socket(InetAddress.getLocalHost(), server.getPort())) {
            BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(client.getInputStream()));
            bufferedReader.lines().forEach(s -> System.out.println(s));
        }
    }
}

// 简化实现，不做读取，直接发送字符串
class RequestHandler extends Thread {
    private Socket socket;
    RequestHandler(Socket socket) {
        this.socket = socket;
    }
    @Override
    public void run() {
        try (PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream());) {
            out.println("Hello world!1");
            out.flush();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

• 服务器端启动 ServerSocket，端口 0 表示自动绑定一个空闲端口。
• 调用 accept 方法，阻塞等待客户端连接。
• 利用 Socket 模拟了一个简单的客户端，只进行连接、读取、打印。
• 当连接建立后，启动一个单独线程负责回复客户端请求。

这样，一个简单的 Socket 服务器就被实现出来了。

三、NIO 代码实现

/**
 * @author ElloeStudy(Sifa Zhang)
 * @create 2022-06-08 10:14
 * To: 真常应物，真常得性，常清常静，常清静矣
 */
public class NioServer extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        try (Selector selector = Selector.open();
             ServerSocketChannel serverSocket = ServerSocketChannel.open();) {// 创建 Selector 和 Channel
            serverSocket.bind(new InetSocketAddress(InetAddress.getLocalHost(), 8888));
            serverSocket.configureBlocking(false);
            // 注册到 Selector，并说明关注点
            serverSocket.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
            while (true) {
                selector.select();// 阻塞等待就绪的 Channel，这是关键点之一
                Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
                Iterator<SelectionKey> iter = selectedKeys.iterator();
                while (iter.hasNext()) {
                    SelectionKey key = iter.next();
                    // 生产系统中一般会额外进行就绪状态检查
                    sayHelloWorld((ServerSocketChannel) key.channel());
                    iter.remove();
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    private void sayHelloWorld(ServerSocketChannel server) throws IOException {
        try (SocketChannel client = server.accept();) {
            client.write(Charset.defaultCharset().encode("Hello world!"));
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        DemoServer server = new DemoServer();
        server.start();
        try (Socket client = new Socket(InetAddress.getLocalHost(), server.getPort())) {
            BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(client.getInputStream()));
            bufferedReader.lines().forEach(s -> System.out.println(s));
        }
    }
    
}

• 首先，通过 Selector.open() 创建一个 Selector，作为类似调度员的角色。
• 然后，创建一个 ServerSocketChannel，并且向 Selector 注册，通过指定 SelectionKey.OP_ACCEPT，告诉调度员，它关注的是新的连接请求。注意：为什么我们要明确配置非阻塞模式呢？这是因为阻塞模式下，注册操作是不允许的，会抛出 IllegalBlockingModeException 异常。
• Selector 阻塞在 select 操作，当有 Channel 发生接入请求，就会被唤醒。
• 在 sayHelloWorld 方法中，通过 SocketChannel 和 Buffer 进行数据操作，在本例中是发送了一段字符串。

可以看到，在前面两个样例中，IO 都是同步阻塞模式，所以需要多线程以实现多任务处理。而 NIO 则是利用了单线程轮询事件的机制，通过高效地定位就绪的 Channel，来决定做什么，仅仅 selector 阶段是阻塞的，可以有效避免大量客户端连接时，频繁线程切换带来的问题，应用的扩展能力有了非常大的提高。下面这张图对这种实现思路进行了形象地说明。

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