Socket网络通信之BIO

Socket网络通信之BIO

如果要让两台计算机实现通信，需要的条件：ip，port，协议。

目前我们用的最多的就是TCP/IP协议和UDP协议。TCP三次握手，所以比较慢，且安全；UDP速度快，但是可能丢包，不能保证安全。

网络通讯基本都是通过Socket来通讯的。（客户端的Socket类；服务端的ServerSocket类）

客户端和服务端这样建立连接：第一步客户端发起建立连接的请求，第二部服务端收到请求建立连接的请求,并同意和该客户端建立连接，并响应给客户端，第三步客户端收到服务端响应的建立连接的消息,并确认和服务端建立连接，通过这样三部客户端和服务端就真正的建立了连接，服务端和客户端就可以开始通讯,交互了.通过这样三次的握手交互服务端和客户端就成功的建立了连接，如下图所示

而JAVA中实现通信的IO主要是：同步阻塞IO（BIO）、同步非阻塞IO（NIO）、异步非阻塞IO（AIO）

同步阻塞IO（BIO）— 原生态

public class BioServer {

    private  static Charset charset = Charset.forName("UTF-8");
    public static void main(String[] args) {
        int port = 1100;

        try ( ServerSocket  socketServer = new ServerSocket(port)){
            while (true){
                //接收连接，如果没有连接建立，这里会阻塞
                Socket socket = socketServer.accept();
                BufferedReader reader = new BufferedReader(
                        new InputStreamReader(socket.getInputStream(), charset)
                );
                String msg = null;
                //连接进来后，会在这里等待客户端发送消息。
                while ((msg =reader.readLine())!=null){
                    System.out.println(msg);
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

如上为server代码，下面为client代码

public class BioClient implements  Runnable{
    private  String address;
    private  int  port;

    public static void main(String[] args) {
        BioClient client = new BioClient("localhost", 1100);
        client.run();
    }

    @Override
    public void run() {
        try(Socket socket = new Socket(address, port);
            OutputStream outputStream = socket.getOutputStream()) {

            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
            System.out.println("请输入:");
            String msg = scanner.nextLine();
            outputStream.write(msg.getBytes("UTF-8"));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public int getPort() {
        return port;
    }

    public void setPort(int port) {
        this.port = port;
    }

    public String getAddress() {
        return address;
    }

    public void setAddress(String address) {
        this.address = address;
    }
    public BioClient(String address, int port) {
        super();
        this.address=address;
        this.port = port;
    }
}

首先用debug启动BioServer。
可以看到在debug模式下，下一步不能再执行，程序阻塞在连接处，等待连接。

启动客户端BioClient以后，可以看到服务端已经连接，debug可以下一步，如下图。

执行下一步下一步之后，等待客户端发送信息处，又阻塞，程序debug再次执行不下去，如下图：

现在如果在客户端输入信息，再次debug下一步，服务端就会收到相应的信息。
这就是一个简单的BIO，从这个过程中，我们可以看到：服务器端代码必须要在连接处和接收消息处阻塞，只用得到了相应的信息，才会往下继续执行。如果多个客户端一起请求，大家都会阻塞在此处，这样的程序效率及其低下，甚至长期等待不能用。有什么办法能够解决这样的问题呢？。

同步阻塞IO（BIO）— 多线程

public class BIOServerV2 {
    private static Charset charset = Charset.forName("UTF-8");
    public static void main(String[] args) {
        int port = 1101;
        try (ServerSocket ss = new ServerSocket(port);) {
            while (true) {
                Socket s = ss.accept();
                // 开一个线程去处理这个连接
                new Thread(new SocketProcess(s)).start();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    static class SocketProcess implements Runnable {
        Socket s;
        public SocketProcess(Socket s) {
            super();
            this.s = s;
        }

        @Override
        public void run() {
            try (BufferedReader reader = new BufferedReader(
                    new InputStreamReader(s.getInputStream(), charset));) {
                // 接收数据、打印
                String mess = null;
                while ((mess = reader.readLine()) != null) {
                    System.out.println(mess);
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

如上代码所示，我们稍微改动了一下服务器端的代码，客户端只需要改动和服务端一样的端口号就行，这里使用多线程的方式。

这里是利用多线程的方式来实现，在连接处多开线程去处理，这样多个客户端连接时，就不会大家一致排队阻塞在此处，但是阻塞还是存在的。还有什么更好的办法来解决这样的问题吗？

同步阻塞IO（BIO）— 线程池

public class BIOServerV3 {
    private static Charset charset = Charset.forName("UTF-8");
    public static void main(String[] args) {
        int port = 1102;
        int threads = 100;
        ExecutorService tpool = Executors.newFixedThreadPool(threads);

        try (ServerSocket ss = new ServerSocket(port);) {
            while (true) {
                Socket s = ss.accept();
                // 丢到线程池中去跑
                tpool.execute(new SocketProcess(s));
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        tpool.shutdown();
    }

    static class SocketProcess implements Runnable {
        Socket s;

        public SocketProcess(Socket s) {
            super();
            this.s = s;
        }

        @Override
        public void run() {
            try (BufferedReader reader = new BufferedReader(
                    new InputStreamReader(s.getInputStream(), charset));) {
                // 接收数据、打印
                String mess = null;
                while ((mess = reader.readLine()) != null) {
                    System.out.println(mess);
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

如上所示，我们再次改动，改成以线程池的办法来连接。但是线程池也有问题：

请求大于线程，没有足够的线程来处理，响应时间很长，甚至服务器拒绝。

阻塞等待接收客户端的数据时，这段时间占着线程，而池中线程数是有限的，并发量大时，将导致没有线程处理请求，请求的响应时间长，甚至拒绝服务。

从上面三部分的代码可以看出来，代码性能等问题，全是阻塞惹的祸，如果没有阻塞就好了，如果能不阻塞，在没有数据时，就去干点别的事情，有数据了才处理数据。

详情请见下一个博客：Socket网络通信之NIO