BIO、NIO、AIO 个人总结
BIO（blocking io）
BIO即为阻塞IO，在网络编程中，它会在建立连接和等待连接的对端准备数据阶段进行阻塞。因此为了支撑高并发的用户访问，一般会为每一个socket 连接分配一个线程。但使用的瓶颈更加明显，无法支持上百万、甚至千万以上的并发。且线程切换带来的开销也更大。
代码示例：
Server端
- Server 端绑定 8082 端口
- 通过 accept() 方法 阻塞等待客户端建立连接
- 当与客户端建立一个 socket 连接通道之后，server 端口将新建一个线程进行 【读】 、【写】
( ps: 这里的读是阻塞的，因为当server端发起读的请求时，如果此时对端未准备好数据，那么将一直阻塞等待 。
直到：1. 对端通过 socket 发送数据2. 将数据从内核态 拷贝到用户态)
try {
// 绑定本地 8082 端口
ServerSocket server = new ServerSocket(8082);
while (true) {
//阻塞等待客户端 socket 建立连接
Socket accept = server.accept();
Thread t = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// 一个线程处理一个socket 连接
BufferedReader reader = null;
PrintWriter out = null;
try {
reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(accept.getInputStream()));
String readLine = reader.readLine();
System.out.println("receive message is " + readLine);
out = new PrintWriter(accept.getOutputStream(), true);
out.println("接收完毕，请继续发送！");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if (accept != null) {
try {
accept.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
});
t.start();
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
Client端
- 与 server 建立连接的过程，会阻塞
2.建立连接之后 ，便可通过获取 socket 的 输入、输出流进行读写
（ps : 与 server 端原因相同，读的时候也会阻塞）
//阻塞等待连接建立
Socket socket = new Socket("localhost", 8082);
//处理数据
BufferedReader in = null;
PrintWriter out = null;
try {
in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);
out.println("Now establish connection");
System.out.println("从 server 端收到连接信息：" + in.readLine());
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
socket.close();
}
NIO (no blocking io 也叫 new io)
NIO 即非阻塞IO，是JDK 1.4 更新的api， 核心内容是 将建立连接、数据可读、可写等事件交给了操作系统来维护， 通过调用操作系统的 api （如：select、epoll等）,来判断当前是否支持：可读、可写，如果当前不可操作，那么直接返回，从而实现了非阻塞。 而不需要像 BIO 那样每次去轮询等待连接的建立以及数据的准备是否完成。主要核心的模块分以下几类：
1. 缓冲区Buffer
一个特定基类（byte、short、int、long 等）的数据容器，用作在建立socket 连接之后的数据传输。
通过 capacity, limit, position,mark 指针来实现数据的读写
get()、put() 方法为每个子类都具有的读、写数据的api方法，当从当前的 position 读或写的同时，position会增加 相应读写的数据的长度。当position 达到limit 之后，再次 get、put则会抛出异常
2. Channel 连接通道
一个 channel 代表一个与“实体”的连接通道，如：硬件设备、文件、网络 socket 。通过连接通道可以使得客户端-服务器互相传输数据，因此通道也是全双工的（因为是建立在TCP 传输层的协议上，因此具备全双工的能力）。
JDK 中 channel 可以分为以下几类：
- SelectableChannel 用于 阻塞和非阻塞 socket 连接的通道
- FileChannel 用于文件操作，包括：reading, writing, mapping, and manipulating a file
3.Selector 多路复用选择器
用于 SelectableChannel 的多路复用器，当使用非阻塞的 socket 时，需要将监听的通道 SelectableChannel 感兴趣的事件注册到 selector 多路复用器上（selector 实际上是通过调用操作系统层面的 select、epoll 方法来获取当前可用的时间）
与之对应的感兴趣的事件用 SelectionKey 来表示
- OP_READ = 1 << 0; 可读
- OP_WRITE = 1 << 2; 可写
- OP_CONNECT = 1 << 3; // 完成连接
- OP_ACCEPT = 1 << 4; // 接收连接
处理流程图：
代码示例：
- 通过 ServerSocketChannel 监听 8082 端口
- 设置为非阻塞
- 选择与操作系统适配的选择器，serverSocketChannel 的 OP_ACCEPT 事件注册到 selector 选择器上
- 当OP_ACCEPT 事件触发时，将所有建立好的Socketchannel 连接的感兴趣的事件（这里为 read事件）再次注册到Selector 上
// 1.根据操作系统选择适当的底层 io复用方法
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8082));
//2.设置为非阻塞
serverSocketChannel.configureBlocking(false);
//3.选择与操作系统适配的选择器
Selector selector = Selector.open();
//将 serverSocket 的OP_ACCEPT 事件注册到 selector 选择器上
serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
while (true) {
// 4.监听当前连接建立情况
int select = selector.select();
if (select > 0) {
//判断连接业务类型
Set<SelectionKey> set = selector.selectedKeys();
Iterator<SelectionKey> iterator = set.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
SelectionKey key = iterator.next();
iterator.remove();
//建立连接
if (key.isAcceptable()) {
ServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel) key.channel();
//通过 accept 方法获取与 server端 已经创建好的 socket连接
SocketChannel sc = ssc.accept();
//设置为非阻塞
sc.configureBlocking(false);
//注册感兴趣的事件为 READ
sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
}
//可读
else if (key.isReadable()) {
SocketChannel socket = (SocketChannel) key.channel();
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
socket.read(byteBuffer);
System.out.println(new String(byteBuffer.array(), StandardCharsets.UTF_8));
key.interestOps(SelectionKey.OP_WRITE);
}
//可写
else if (key.isWritable()) {
SocketChannel socket = (SocketChannel) key.channel();
socket.write(ByteBuffer.wrap("I'm receive your message".getBytes(StandardCharsets.UTF_8)));
socket.close();
System.out.println("连接关闭成功！");
}
}
}
}
AIO（asynchronous io）
NIO 2.0引入了新的异步通道的概念，并提供了异步文件通道和异步套接字通道的实现。
异步的套接字通道时真正的异步非阻塞I/O，对应于UNIX网络编程中的事件驱动I/O（AIO）。他不需要过多的Selector对注册的通道进行轮询即可实现异步读写，从而简化了NIO的编程模型。
代码示例
private static void server() throws IOException {
//根据操作系统建立对应的底层操作类
AsynchronousServerSocketChannel channel = AsynchronousServerSocketChannel.open();
channel.bind(new InetSocketAddress(8082));
while (true) {
Future<AsynchronousSocketChannel> future = channel.accept();
try {
AsynchronousSocketChannel asc = future.get();
System.out.println("建立连接成功");
Future<Integer> write = asc.write(ByteBuffer.wrap("Now let's exchange datas".getBytes(StandardCharsets.UTF_8)));
while (!write.isDone()) {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
}
System.out.println("发送数据完成");
asc.close();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
private static void client() throws Exception {
AsynchronousSocketChannel socketChannel = AsynchronousSocketChannel.open();
Future<Void> future = socketChannel.connect(new InetSocketAddress(8082));
while (!future.isDone()) {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
}
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
Future<Integer> read = socketChannel.read(buffer);
while (!read.isDone()) {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
}
System.out.println("接收服务器数据:" + new String(buffer.array(), 0, read.get()));
}
