《Nio系列二》- Bio實現(xiàn)時間查詢服務(wù)

在接下的文章中，將會分別使用Bio，Nio，Aio，Netty來實現(xiàn)時間查詢服務(wù)器，比較并分析各種版本的優(yōu)缺點。

Bio-客戶端版本

針對Bio模式下的不同的服務(wù)器版本，本節(jié)使用統(tǒng)一的客戶端版本，客戶端的處理邏輯如下：

  1. 根據(jù)hostname和port連接服務(wù)器 connect()方法
  2. 獲取socket的輸入輸出流，通過輸出流發(fā)送請求，通過輸入流讀取服務(wù)端的響應(yīng)
  3. 只要socket沒有斷開，就一直可以進行請求操作

代碼如下：

public class BioClient {

    private String hostname;
    private int port;

    public BioClient(String hostname, int port) {
        this.hostname = hostname;
        this.port = port;
    }

    public void start(){
        Socket socket = new Socket();
        BufferedReader br = null;
        BufferedWriter bw = null;
        try {
            //鏈接服務(wù)端
            socket.connect(new InetSocketAddress(hostname, port));
            br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream()));
            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
            while(true){
                //請求服務(wù)端
                String message = scanner.nextLine();
                bw.write(message);
                bw.newLine();
                bw.flush();

                System.out.println("發(fā)送請求：" + message);

                String response = br.readLine();
                System.out.println("服務(wù)端響應(yīng)：" + response);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            if(br!=null){
                try {
                    br.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

            if(bw!=null){
                try {
                    bw.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

            if(socket!=null){
                try {
                    socket.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        BioClient bioClient = new BioClient("127.0.0.1", 8080);
        bioClient.start();
    }
}

對于上述代碼，需要注意： 通過socket的輸出流發(fā)送請求時，需要在消息末尾添加換行符，因為服務(wù)端都是根據(jù)換行符來區(qū)分每一條請求消息的。

Bio-串行接收請求版本

Bio模式下的服務(wù)器，在綁定服務(wù)端口成功之后，需要調(diào)用accept()方法，監(jiān)聽客戶端的鏈接，當客戶端經(jīng)過三次握手成功連接到服務(wù)器時，該方法才會返回，accept()方法一次只能接收一個鏈接（實際上就是去已完成鏈接隊列中取一個socket對象，上一節(jié)中已經(jīng)講過該知識點，不再累述）。下面我們就看一下在不另外開辟線程執(zhí)行連接的情景。服務(wù)端啟動的步驟如下：

  1. 綁定端口號，bind()，其中默認的backlog（上一節(jié)中介紹過）為50
  2. 調(diào)用accep()方法，監(jiān)聽端口，獲取鏈接。該方法調(diào)用一次只能返回一個連接，需要不斷的執(zhí)行才能不斷的獲取鏈接
  3. 處理連接，獲取鏈接的請求數(shù)據(jù)，解析請求，根據(jù)請求進行響應(yīng)

代碼如下：

public class BioSimpleServer {

    private int port;

    public BioSimpleServer(int port) {
        this.port = port;
    }

    public void start(){
        try {
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port);
            while(true) {
                Socket socket = serverSocket.accept();
                BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
                BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream()));

                String message = br.readLine();
                System.out.println("接收到請求：" + message);

                String response = null;
                if("時間".equals(message)){
                    response = (new Date()).toString();
                }else{
                    response = "該請求為錯誤請求";
                }

                bw.write("服務(wù)器時間為：" + response);
                bw.newLine();
                bw.flush();
                System.out.println("服務(wù)端回復(fù)請求：" + response);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        BioSimpleServer bioSimpleServer = new BioSimpleServer(8080);
        bioSimpleServer.start();
    }
}

對于上述代碼，對于資源的釋放并沒有關(guān)閉，只是demo而已，注意即可。有幾點需要指出：

  1. 將serverSocket.accept()方法一起后續(xù)操作，放在循環(huán)中，保證能夠不斷的接收新的請求
  2. 注意代碼中使用的是readLine()讀取數(shù)據(jù)，意味著客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)時，最后必須多添加一個換行符。用于區(qū)分不同的請求消息。

該中實現(xiàn)存在的問題：

  1. 如果多個客戶端請求，所有的請求都是串行執(zhí)行的，即第一個請求執(zhí)行完之后，才能接收并處理后一個請求。因此將接收到的socket扔到一個新的線程去執(zhí)行，而不阻塞當前的邏輯是非常重要的。
  2. 該版本，對于每一個連接只能處理一次，因為進入第二次循環(huán)的時候，輸入輸出流的對象就被改變了。這也是必須要開辟一個新線程執(zhí)行的原因。

綜上，對于Bio服務(wù)的實現(xiàn)，為了不阻塞接收請求的邏輯，必須開辟一個新的線程執(zhí)行和處理連接。

Bio-IO線程版本

為了解決請求串行接收執(zhí)行的問題，我們需要開辟新的線程去執(zhí)行連接。
首先定義一個執(zhí)行socket的類，代碼如下：

public class BioRunnable implements Runnable {

    private Socket socket;
    private BufferedReader br;
    private BufferedWriter bw;

    public BioRunnable(Socket socket) {
        this.socket = socket;
    }

    @Override
    public void run() {

        try {

            br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream()));

            while(true){
                String line = br.readLine();
                System.out.println("獲取客戶端請求：" + line);

                //處理業(yè)務(wù)邏輯
                String response = null;
                if("時間".equals(line)){
                    response = (new Date()).toString();
                }else{
                    response = "不能識別該請求";
                }
                bw.write(response);
                bw.newLine();
                bw.flush();
                System.out.println("返回客戶端結(jié)果：" + response);
            }

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            if(br!=null){
                try {
                    br.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

            if(bw!=null){
                try {
                    bw.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

            if(socket!=null){
                try {
                    socket.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }

    }
}

服務(wù)端的主流程如下：

public class BioStandardServer {

    private int port;

    public BioStandardServer(int port) {
        this.port = port;
    }

    public void start(){
        try {
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port);
            while(true) {
                Socket socket = serverSocket.accept();
                new Thread(new BioRunnable(socket)).start();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        BioStandardServer bioStandardServer = new BioStandardServer(8080);
        bioStandardServer.start();
    }
}

通過開辟新線程執(zhí)行處理每一個連接，服務(wù)端可以并發(fā)的處理每個請求。此外，每一個請求不再是只能發(fā)送一次請求，服務(wù)端可以處理一個連接的多次請求，只要鏈接不斷開。
該版本存在的問題：針對每一個新的鏈接，服務(wù)端都需要開辟一個新的線程執(zhí)行，服務(wù)端會存在大量線程創(chuàng)建和銷毀的過程，當客戶端較多時，線程的創(chuàng)建和銷毀的開銷是不能忽略的。因此我們將會引出下一個Bio的版本，也是我們以往最經(jīng)常使用的版本-線程池版本

Bio-線程池版本

為了避免線程頻繁的銷毀和創(chuàng)建，使用線程池來達到線程重用的效果。連接的處理類不變。只修改服務(wù)器處理的主邏輯，代碼如下：

public class BioThreadPoolServer {

    private int port;
    private ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(50, 50, 0, TimeUnit.SECONDS,
            new LinkedBlockingQueue<Runnable>(1000));

    public BioThreadPoolServer(int port) {
        this.port = port;
    }

    public void start(){
        try {
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port);
            while(true) {
                Socket socket = serverSocket.accept();
                executor.execute(new BioRunnable(socket));
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        BioThreadPoolServer bioThreadPoolServer = new BioThreadPoolServer(8080);
        bioThreadPoolServer.start();
    }
}

通過使用線程池，達到了線程重用的目的

Bio的缺陷

線程池版本在并發(fā)量不大的情況下，可以很好的運行，但是當并發(fā)量過大時，其性能表現(xiàn)不佳，其主要的問題有如下幾方面：

  1. Bio的服務(wù)端對于連接個數(shù)有上限限制，默認為1024
  2. Bio為阻塞模式，當進行讀取操作，且讀取操作不滿足時（例如使用readLine()方法，找不到換行符就不會返回；例如讀出數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)接收隊列中沒有數(shù)據(jù)，也會阻塞），操作就會則塞，阻塞時不會釋放已占有資源，對資源（例如線程資源，線程并沒有做事情，卻要一直等待）的使用造成浪費。
  3. Bio的處理模式會受到對方（客戶端影響服務(wù)端，服務(wù)端影響客戶端）的影響。例如客服端發(fā)送數(shù)據(jù)緩慢，就會影響到服務(wù)端對數(shù)據(jù)的接收處理，數(shù)據(jù)讀取不完，就會一直占用線程資源，與第2點本質(zhì)上是一點?？蛻舳撕头?wù)端的性能相互影響，耦合性較大。

上面將的集中模式本質(zhì)上都是Bio的實現(xiàn)，其中都存在Bio存在的問題。下一節(jié)，將會講解Nio是如何解決Bio存在的問題。

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