Java网络编程----通过实现简易聊天工具来聊聊BIO

2023-05-16 16:00 由王若伊_恩赐解脱发表于 #后端开发

IO模型即输入输出模型，我们今天主要来聊的是java网络编程中的IO模型---BIO模型。
BIO即阻塞式IO，Blocking IO
blocking [ˈblɒkɪŋ]
v. 堵塞; 阻塞; 堵住(某人的路等); 挡住(某人的视线等); 妨碍; 阻碍;
那究竟什么是阻塞呢？
这里的阻塞和多线程并发控制中，对未持有锁的线程进行同步阻塞是两个概念。更多的是指停滞不前，由于未接受到指令，只能继续等待的意思。

举个经典的例子：(防盗连接：本文首发自http://www.cnblogs.com/jilodream/ )
西餐厅中，有1个服务员负责招待。客人进入餐厅中，服务员会根据客人的需要下单或上菜。
当客人A要求点菜时，服务员A开始下单。在这个过程中，客人中间发生了停顿，或者犹豫不决时，服务员只能阻塞等待，不能直接停滞，忙其他的事情。这就是所谓的阻塞。
这样就会有一个问题，服务员只能做完一件事，再做一件事，当有客人B也有要求时，则不能并发执行，这里就是前文中说的多线程同步。

这里存在两个"阻塞"，
1、服务员等待指令，只能原地等候下一个指令。
2、由于服务员数量有限，即使其他客人有指令需要下发，服务员依然无法执行。
blocking 属于前者，即服务员只能等待当前客人继续发送指令。
后者则属于多线程同步问题，由于服务员数量有限，无法并发执行事务。
针对于后者，我们一般通过多线程来解决，而前者才是我们今天聊的重点。
大概明白了什么是blocking阻塞之后，我们来看个由blocking IO实现的聊天工具：

Server端代码：

 1 package com.example.demo.learn.tcp;
 2 
 3 import java.io.IOException;
 4 import java.io.InputStream;
 5 import java.io.OutputStream;
 6 import java.net.ServerSocket;
 7 import java.net.Socket;
 8 import java.util.Scanner;
 9 
10 /**
11  * @discription
12  */
13 
14 public class TCPServer {
15     public static void main(String[] args) throws IOException {
16         ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);
17         while (true) {
18             Socket acceptSocket = serverSocket.accept();//注意这里
19             ChatThread chatThread = new ChatThread(acceptSocket);
20             new Thread(chatThread).start();
21         }
22     }
23 }
24 
25 class ChatThread implements Runnable {
26     private Socket clientSocket;
27 
28     ChatThread(Socket clientSocket) {
29         this.clientSocket = clientSocket;
30     }
31 
32     @Override
33     public void run() {
34         try {
35 
36             OutputStream os = clientSocket.getOutputStream();
37             SayThread sayThread = new SayThread(os);
38             new Thread(sayThread).start();
39 
40             InputStream is = clientSocket.getInputStream();
41             byte[] buffer = new byte[1024];
42             int len = is.read(buffer);//注意这里
43             while (len > 0) {
44                 String msg = new String(buffer, 0, len);
45                 System.out.println("");
46                 System.out.println("receive client msg:");
47                 System.out.println(msg);
48                 System.out.println("");
49                 len = is.read(buffer);//注意这里
50             }
51             clientSocket.close();
52 
53         } catch (Exception ex) {
54             //logs
55         }
56 
57     }
58 }
59 
60 class SayThread implements Runnable {
61     private OutputStream os;
62 
63     SayThread(OutputStream outputStream) {
64         this.os = outputStream;
65     }
66 
67     @Override
68     public void run() {
69         try {
70             os.write("server connect success!!!".getBytes());
71             Scanner inputScanner = new Scanner(System.in);
72             while (true) {
73                 String str = inputScanner.nextLine();
74                 os.write(str.getBytes());
75                 os.flush();
76             }
77 
78         } catch (Exception ex) {
79             //logs
80         }
81 
82     }
83 }

Client端代码：

 1 package com.zzzlei.zxxb.experience;
 2 
 3 import java.io.IOException;
 4 import java.io.InputStream;
 5 import java.io.OutputStream;
 6 import java.net.Socket;
 7 import java.util.Scanner;
 8 
 9 /**
10  * @discription
11  */
12 public class TCPClient {
13     public static void main(String[] args) throws IOException {
14         Socket clientSocket=new Socket("127.0.0.1",9999);
15         ChatThread chatThread = new ChatThread(clientSocket);
16         new Thread(chatThread).start();
17 
18     }
19 }
20 
21 class ChatThread implements Runnable {
22     private Socket clientSocket;
23 
24     ChatThread(Socket clientSocket) {
25         this.clientSocket = clientSocket;
26     }
27 
28     @Override
29     public void run() {
30         try {
31             OutputStream os = clientSocket.getOutputStream();
32             SayThread sayThread = new SayThread(os);
33             new Thread(sayThread).start();
34 
35             InputStream is = clientSocket.getInputStream();
36             byte[] buffer = new byte[1024];
37             int len = is.read(buffer);//注意这里
38             while (len > 0) {
39                 String msg = new String(buffer, 0, len);
40                 System.out.println("");
41                 System.out.println("receive server msg :");
42                 System.out.println(msg);
43                 System.out.println("");
44                 len = is.read(buffer);//注意这里
45             }
46             clientSocket.close();
47 
48         } catch (Exception ex) {
49             //logs
50         }
51 
52     }
53 }
54 
55 class SayThread implements Runnable {
56     private OutputStream os;
57 
58     SayThread(OutputStream outputStream) {
59         this.os = outputStream;
60     }
61 
62     @Override
63     public void run() {
64         try {
65             os.write("client connect success!!!".getBytes());
66             Scanner inputScanner = new Scanner(System.in);
67             while (true) {
68                 String str = inputScanner.nextLine();
69                 os.write(str.getBytes());
70                 os.flush();
71             }
72 
73         } catch (Exception ex) {
74             //logs
75         }
76 
77     }
78 }

效果如图，我们可以通过这两个程序进行聊天：

客户端截图：

服务端截图：

下面就是BIO模型的简示图

服务端在创建好serverSocket之后，会等待客户端socket的连接，当连接成功后，会在服务端和客户端通过Socket进行通信。

在这个程序（模型）中，存在两个阻塞的点：(防盗连接：本文首发自http://www.cnblogs.com/jilodream/ )
1、服务器在等待客户端接入，也就是accept的地方。（服务端代码的 18行）
2、服务器或客户端在等待socket写入指令的地方。（服务端代码的42,49行，客户端代码37,44行）
如图，线程虽然是RUNNING状态，但是却不继续执行了：

想一想，这两个地方是不是都是无法通过增加线程来实现？
BIO是Jdk 1.0 时就引入的网络编程模型，Jdk1.4之后，引入了NIO（我会在后文中详细介绍），来解决阻塞问题，让线程不再等待。
那有了NIO是不是就不再需要，BIO了呢？(防盗连接：本文首发自http://www.cnblogs.com/jilodream/ )
并不是，BIO的优点是可以通过增加线程进行业务隔离，逻辑清晰，编码和模型实现也都非常简单。
缺点则是如果想提高性能，需要增加多线程支撑，即使如此仍然存在阻塞点导致性能瓶颈上限比较低。
因此在资源满足的情况下，连接数量少时，是比较推荐使用BIO的。