Socket的三种通信模型-BIO、NIO和AIO

- 日理万妓 2021-10-15 12:13 630阅读 0赞

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### 1、BIO编程 ###

一个连接一个线程

**1)传统的BIO编程**

网络编程的基本模型是C/S模型，即两个进程间的通信；HTTP请求之后，进行域名解析、三次握手建立连接、连接成功之后，套接字进行通信；

传统的就是同步阻塞，双方是输入和输出流同步阻塞通信；

通常由一个独立的Acceptor线程负责监听客户端的连接，接收客户端请求之后为每个客户端建立新线程进行链路处理，通过输出流返回给客户端，然后再进行线程销毁；

缺：扩展性差，针对高并发情况线程数量急剧增加，性能会急剧下降，甚至出现崩溃。

**2）伪异步I/O编程**

线程池实现1个或多个线程处理N个客户端，底层还是同步阻塞I/O。

线程的新建和销毁的开销得到很大的控制，但是仍然是阻塞。

使用CachedThreadPool线程池，然后使用FixedThreadPool就有效控制了线程的最大数量，保证了系统有限的资源控制，实现N:M的伪异步I/O模型；

限制了线程数凉，如果发生大量并发请求，超出最大限制就只能等待，直到有空闲线程才能被复用。

### 2、NIO编程-New I/O-非阻塞IO ###

一个请求一个线程

JDK1.4的java.nio.\*包引入，提高速度。基于事件驱动思想来完成的，主要解决并发问题，

NIO提供的与传统BIO模型中的Socket和ServerSocket相对应的SocketChannel和ServerSocketChannel两种不同的套接字通道实现；

优点：更好的维护性，对于高负载、高并发应用，应使用NIO的非阻塞模式来开发。

**1 ）缓冲区**

Buffer是一个对象，包含一些写入或读出数据；

所有数据都是缓冲处理，缓冲区实际是一个数组，提供了对数据结构化访问以及维护读写位置等信息。具体有ByteBuffer、CharBuffer、IntBuffer、Longbuffer\\FloatBuffer、DoubleBuffer。

**2）通道Channel**

不同与流，是双向的，可以实现读写和同时读写。全双工。

Channel主要分为两大类：SelectableChannel:用户网络读写；FileChannel:用于文件操作；

**3 ）多路复用器Selector**

提供选择以及就绪的任务的能力，不断轮询注册在其上的Channel，如果有发生读写，这个Channel就是就绪，被轮询处理，通过SelectionKey可以获取就绪Channel的集合，进行后续的I/O操作。

一个Selector可以轮询多个Channel。

创建NIO服务端主要步骤是：

1）打开ServerSocketChannel监听客户端连接；

2）绑定监听端口，设置连接为非阻塞模式；

3）创建Reactor线程，创建多路复用器并启动线程；

4）将ServerSocketChannel注册到Reactor线程中的Selector上，监听ACCEPT事件；

5) Selector轮询准备就绪的key;

6) Selector监听到新的客户端接入，处理新的接入请求，完成TCP的三次握手；

7）设置客户端链路为非阻塞模式；

8）新接入的客户端连接注册到Reactor线程的Selector上，监听读操作，读取客户端发送网络信息；

9）异步读取客户端消息到缓冲区；

10）对Buffer编解码，处理半包消息，将节码成功的消息封装为Task；

11）将应答消息编为Buffer，调用SocketChannel的write将消息异步发送给客户端；通过Buffer中的hasRemain()方法判断消息是否发送完成。

### 3 、AIO编程-异步I/O ###

一个有效请求一个线程

与NIO不同，当进行读写操作时，只需要直接调用API的read或write方法即可，均为异步操作，读的流传入缓冲区，写操作也是将write方法传递的流写入缓冲区，读写异步的，完成后会主动调用回调函数。

**三者比较**

BIO：同步并阻塞，服务器实现模式为一个连接一个线程，即客户端有连接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理，如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销，可以经过线程池改进，

适合于连接数目小且固定。

NIO:同步非阻塞，一个请求一个线程，客户端的连接请求都会注册到多路复用器上，多路复用器轮询到连接有IO请求时才启动一个线程进行处理；

适合连接数目多，连接比较短的架构，比聊天服务器，并发局限于应用中，编程比较复杂；

AIO：连接数目多且连接比较长的架构，比如相册服务器，充分调用OS参与并发操作，JDK1.7开始支持

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