Java中三种IO模型间有什么区别

本篇内容主要讲解"Java中三种IO模型间有什么区别"，感兴趣的朋友不妨来看看。本文介绍的方法操作简单快捷，实用性强。下面就让小编来带大家学习"Java中三种IO模型间有什么区别"吧!

一、BIO(Blocking IO，也被称作old IO)

同步阻塞模型，一个客户端连接对应一个处理线程

对于每一个新的网络连接都会分配给一个线程，每隔线程都独立处理自己负责的输入和输出, 也被称为Connection Per Thread模式

缺点：

1、IO代码里read操作是阻塞操作，如果连接不做数据读写操作会导致线程阻塞，浪费资源

2、如果线程很多，会导致服务器线程太多，压力太大，比如C10K问题

所谓c10k问题，指的是服务器同时支持成千上万个客户端的问题，也就是concurrent 10 000 connection

应用场景： BIO 方式适用于连接数目比较小且固定的架构， 这种方式对服务器资源要求比较高， 但程序简单易理解。

示例代码如下：

Bio服务端

import java.io.IOException;import java.net.ServerSocket;import java.net.Socket;/** * @Title：BIO的服务端 * @Author：wangchenggong * @Date 2021/4/13 9:41 * @Description * @Version */public class SocketServer {    public static void main(String[] args) throws IOException {        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9000);        while (true){            System.out.println("等待连接...");            Socket clientSocket = serverSocket.accept();            System.out.println("客户端"+clientSocket.getRemoteSocketAddress()+"连接了！");            handle(clientSocket);        }    }    private static void handle(Socket clientSocket)  throws IOException{        byte[] bytes = new byte[1024];        int read = clientSocket.getInputStream().read(bytes);        System.out.println("read 客户端"+clientSocket.getRemoteSocketAddress()+"数据完毕");        if(read != -1){            System.out.println("接收到客户端的数据：" + new String(bytes, 0, read));        }        clientSocket.getOutputStream().write("HelloClient".getBytes());        clientSocket.getOutputStream().flush();    }}

Bio客户端

import java.io.IOException;import java.net.Socket;/** * @Title：BIO的客户端 * @Author：wangchenggong * @Date 2021/4/13 9:49 * @Description * @Version */public class SocketClient {    public static void main(String[] args) throws IOException {        Socket socket = new Socket("localhost", 9000);        //向服务端发送数据        socket.getOutputStream().write("HelloServer".getBytes());        socket.getOutputStream().flush();        System.out.println("向服务端发送数据结束");        byte[] bytes = new byte[1024];        //接收服务端回传的数据        socket.getInputStream().read(bytes);        System.out.println("接收到服务端的数据：" + new String(bytes));        socket.close();    }}

二、NIO(Non Blocking IO，本意也作new IO)

同步非阻塞，服务器实现模式为 一个线程可以处理多个连接请求（连接），客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器selector上，多路复用器轮询到连接有IO请求就进行处理，是在JDK1.4开始引入的。

应用场景：NIO方式适合连接数目多且连接比较短（轻操作）的架构，比如聊天服务器、弹幕系统、服务器之间通讯，编程相对复杂。

NIO 有三大核心组件： Channel(通道)， Buffer(缓冲区)，Selector(多路复用器)

1.channel类似于流，每个channel对应一个buffer缓冲区，buffer底层就是个数组

2.channel 会注册到selector上，由selector根据channel读写事件的发生将其交由某个空闲的线程处理

3.NIO的Buffer和Channel都是可读也可写的。

NIO的代码示例有两个

没有引入多路复用器的NIO

服务端

import java.io.IOException;import java.net.InetSocketAddress;import java.nio.ByteBuffer;import java.nio.channels.ServerSocketChannel;import java.nio.channels.SocketChannel;import java.util.ArrayList;import java.util.Iterator;import java.util.List;/** * @Title：Nio服务端 * @Author：wangchenggong * @Date 2021/4/14 11:04 * @Description * @Version */public class NioServer {    /**     * 保存客户端连接     */    static List channelList = new ArrayList<>();    public static void main(String[] args) throws IOException {        //创建Nio ServerSocketChannel        ServerSocketChannel serverSocket = ServerSocketChannel.open();        serverSocket.socket().bind(new InetSocketAddress(9000));        //设置ServerSocketChannel为非阻塞        serverSocket.configureBlocking(false);        System.out.println("Nio服务启动成功");        while(true){            //非阻塞模式accept方法不会阻塞            /// NIO的非阻塞是由操作系统内部实现的，底层调用了linux内核的accept函数            SocketChannel socketChannel = serverSocket.accept();            if(socketChannel != null){                System.out.println("连接成功");                socketChannel.configureBlocking(false);                channelList.add(socketChannel);            }            Iterator iterator = channelList.iterator();            while(iterator.hasNext()){                SocketChannel sc = iterator.next();                ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(128);                //非阻塞模式read方法不会阻塞                int len = sc.read(byteBuffer);                if(len > 0){                    System.out.println("接收到消息:" + new String(byteBuffer.array()));                }else if(len == -1){                    iterator.remove();                    System.out.println("客户端断开连接");                }            }        }    }}

客户端

import java.io.IOException;import java.net.InetSocketAddress;import java.nio.ByteBuffer;import java.nio.channels.SocketChannel;/** * @Title：Nio客户端 * @Author：wangchenggong * @Date 2021/4/14 11:36 * @Description * @Version */public class NioClient {    public static void main(String[] args) throws IOException {        SocketChannel socketChannel=SocketChannel.open(new InetSocketAddress("localhost", 9000));        socketChannel.configureBlocking(false);        ByteBuffer writeBuffer=ByteBuffer.wrap("HelloServer1".getBytes());        socketChannel.write(writeBuffer);        System.out.println("向服务端发送数据1结束");        writeBuffer = ByteBuffer.wrap("HelloServer2".getBytes());        socketChannel.write(writeBuffer);        System.out.println("向服务端发送数据2结束");        writeBuffer = ByteBuffer.wrap("HelloServer3".getBytes());        socketChannel.write(writeBuffer);        System.out.println("向服务端发送数据3结束");    }}

引入了多路复用器的NIO

服务端

import java.io.IOException;import java.net.InetSocketAddress;import java.nio.ByteBuffer;import java.nio.channels.*;import java.util.Iterator;import java.util.Set;/** * @Title：引入多路复用器后的NIO服务端 * @Author：wangchenggong * @Date 2021/4/14 13:57 * @Description * SelectionKey.OP_ACCEPT -- 接收连接继续事件，表示服务器监听到了客户连接，服务器可以接收这个连接了 * SelectionKey.OP_CONNECT -- 连接就绪事件，表示客户与服务器的连接已经建立成功 * SelectionKey.OP_READ -- 读就绪事件，表示通道中已经有了可读的数据，可以执行读操作了（通道目前有数据，可以进行读操作了） * SelectionKey.OP_WRITE -- 写就绪事件，表示已经可以向通道写数据了（通道目前可以用于写操作） * * 1.当向通道中注册SelectionKey.OP_READ事件后，如果客户端有向缓存中write数据，下次轮询时，则会 isReadable()=true； * * 2.当向通道中注册SelectionKey.OP_WRITE事件后，这时你会发现当前轮询线程中isWritable()一直为true，如果不设置为其他事件 * @Version */public class NioSelectorServer {    public static void main(String[] args) throws IOException {        /**         * 创建server端，并且向多路复用器注册，让多路复用器监听连接事件         */        //创建ServerSocketChannel        ServerSocketChannel serverSocket = ServerSocketChannel.open();        serverSocket.socket().bind(new InetSocketAddress(9000));        //设置ServerSocketChannel为非阻塞        serverSocket.configureBlocking(false);        //打开selector处理channel,即创建epoll        Selector selector = Selector.open();        //把ServerSocketChannel注册到selector上，并且selector对客户端的accept连接操作感兴趣        serverSocket.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);        System.out.println("NioSelectorServer服务启动成功");        while(true){            //阻塞等待需要处理的事件发生            selector.select();            //获取selector中注册的全部事件的SelectionKey实例            Set selectionKeys = selector.selectedKeys();            Iterator iterator = selectionKeys.iterator();            //遍历selectionKeys,对事件进行处理            while (iterator.hasNext()){                SelectionKey key = iterator.next();                //如果是OP_ACCEPT事件，则进行连接和事件注册                if(key.isAcceptable()){                    ServerSocketChannel serverSocketChannel = (ServerSocketChannel) key.channel();                    //接受客户端的连接                    SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();                    socketChannel.configureBlocking(false);                    //把SocketChannel注册到selector上，并且selector对客户端的read操作(即读取来自客户端的消息)感兴趣                    socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);                    System.out.println("客户端"+socketChannel.getRemoteAddress()+"连接成功!");                }else if(key.isReadable()){                    SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();                    ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(128);                    int len = socketChannel.read(byteBuffer);                    if(len > 0){                        System.out.println("接收到客户端"+socketChannel.getRemoteAddress()+"发来的消息，消息内容为:"+new String(byteBuffer.array()));                    }else if(len == -1){                        System.out.println("客户端断开连接");                        //关闭该客户端                        socketChannel.close();                    }                }                //从事件集合里删除本次处理的key，防止下次select重复处理                iterator.remove();            }        }        /**         * NioSelectorServer服务启动成功         * 客户端/127.0.0.1:57070连接成功!         * 接收到客户端/127.0.0.1:57070发来的消息，消息内容为:HelloServer         * 客户端/127.0.0.1:57121连接成功!         * 接收到客户端/127.0.0.1:57121发来的消息，消息内容为:HelloServer         */    }}

客户端

import java.io.IOException;import java.net.InetSocketAddress;import java.nio.ByteBuffer;import java.nio.channels.SelectionKey;import java.nio.channels.Selector;import java.nio.channels.SocketChannel;import java.util.Iterator;import java.util.Set;/** * @Title：引入多路复用器后的NIO客户端 * @Author：wangchenggong * @Date 2021/4/14 14:39 * @Description * @Version */public class NioSelectorClient {    public static void main(String[] args) throws IOException {        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();        socketChannel.configureBlocking(false);        Selector selector = Selector.open();        //要先向多路复用器注册，然后才可以跟服务端进行连接        socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT);        socketChannel.connect(new InetSocketAddress("localhost", 9000));        while (true){            selector.select();            Set keys = selector.selectedKeys();            Iterator iterator = keys.iterator();            while (iterator.hasNext()){                SelectionKey key = iterator.next();                iterator.remove();                if (key.isConnectable()){                    SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel();                    if (sc.finishConnect()){                        System.out.println("服务器连接成功");                        ByteBuffer writeBuffer=ByteBuffer.wrap("HelloServer".getBytes());                        sc.write(writeBuffer);                        System.out.println("向服务端发送数据结束");                    }                }            }        }        /**         * 服务器连接成功         * 向服务端发送数据结束         */    }}

三、AIO(Asynchronous IO) 即NIO2.0

异步非阻塞，由操作系统完成后回调通知服务端程序启动线程去处理，一般适用于连接数较多且连接时间较长的应用。

应用场景：AIO方式适用于连接数目多且连接时间较长（重操作）的架构（应用），JDK7开始支持。

著名的异步网络通讯框架netty之所以废弃了AIO,原因是：在Linux系统上，NIO的底层实现使用了Epoll，而AIO的底层实现仍使用Epoll，没有很好实现AIO，因此在性能上没有明显的优势，而且被JDK封装了一层不容易深度优 化，Linux上AIO还不够成熟

AIO示例代码如下：

服务端

import java.net.InetSocketAddress;import java.nio.ByteBuffer;import java.nio.channels.AsynchronousServerSocketChannel;import java.nio.channels.AsynchronousSocketChannel;import java.nio.channels.CompletionHandler;/** * @Title：Aio服务端 * @Author：wangchenggong * @Date 2021/4/14 17:05 * @Description * @Version */public class AioServer {    public static void main(String[] args) throws Exception {        final AsynchronousServerSocketChannel serverChannel = AsynchronousServerSocketChannel.open().bind(new InetSocketAddress(9000));        serverChannel.accept(null, new CompletionHandler() {            @Override            public void completed(AsynchronousSocketChannel socketChannel, Object attachment) {                try{                    System.out.println("2--"+Thread.currentThread().getName());                    //接收客户端连接                    serverChannel.accept(attachment,this);                    System.out.println("客户端"+socketChannel.getRemoteAddress()+"已连接");                    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(128);                    socketChannel.read(buffer, null, new CompletionHandler() {                        @Override                        public void completed(Integer result, Object attachment) {                            System.out.println("3--"+Thread.currentThread().getName());                            //flip方法将Buffer从写模式切换到读模式                            //如果没有，就是从文件最后开始读取的，当然读出来的都是byte=0时候的字符。通过buffer.flip();这个语句，就能把buffer的当前位置更改为buffer缓冲区的第一个位置                            buffer.flip();                            System.out.println(new String(buffer.array(), 0, result));                            socketChannel.write(ByteBuffer.wrap("hello Aio Client!".getBytes()));                        }                        @Override                        public void failed(Throwable exc, Object attachment) {                            exc.printStackTrace();                        }                    });                }catch(Exception e){                    e.printStackTrace();                }            }            @Override            public void failed(Throwable exc, Object attachment) {            }        });        System.out.println("1‐‐main"+Thread.currentThread().getName());        Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);    }    /**     * 1‐‐mainmain     * 2--Thread-9     * 客户端/127.0.0.1:54821已连接     * 3--Thread-8     * hello AIO server ！     * 2--Thread-9     * 客户端/127.0.0.1:54942已连接     * 3--Thread-7     * hello AIO server ！     */}

客户端

import java.net.InetSocketAddress;import java.nio.ByteBuffer;import java.nio.channels.AsynchronousSocketChannel;/** * @Title：Aio客户端 * @Author：wangchenggong * @Date 2021/4/14 16:56 * @Description * @Version */public class AioClient {    public static void main(String[] args) throws Exception {        //创建Aio客户端        AsynchronousSocketChannel socketChannel = AsynchronousSocketChannel.open();        socketChannel.connect(new InetSocketAddress("localhost", 9000)).get();        //发送消息        socketChannel.write(ByteBuffer.wrap("hello AIO server ！".getBytes()));        //接收消息        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(128);        Integer len = socketChannel.read(buffer).get();        if(len != -1){            //客户端收到消息:hello Aio Client!            System.out.println("客户端收到消息:"+new String(buffer.array(), 0, len));        }    }}

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