Java BIO

引言

在Unix网络编程领域中，IO模型一直是十分重要的话题。并且在去学习Redis、Nginx、Netty等底层原理时，对于高并发的处理，基本都用到了IO模型的概念。

IO模型分为阻塞IO、非阻塞IO、多路复用IO、信号驱动IO以及异步IO，本文就其中最基础的阻塞式IO进行讲解。

BIO

BIO：Blocking IO，阻塞IO，对应java.io包。

在Java 1.4之前，提供了java.io包，阻塞IO编程模型。

假设我们需要在Socket(运输层TCP)的基础上实现一个HTTP服务器，HTTP服务器网络编程采用阻塞IO实现，这里使用常用的输入输出流BufferedReader与BufferedWriter。

请看如下示例代码，输入输出流采用经典的装饰器模式：

ServerSocket serverSocket = null;
try {
    serverSocket = new ServerSocket(SocketConstant.DEFAULT_PORT);
    System.out.println("服务器启动于: " + SocketConstant.DEFAULT_PORT);

    while (true) {
        Socket socket = serverSocket.accept();
        System.out.println("客户端[" + socket.getPort() + "]发起连接");

        BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
        BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream()));

        String msg;
        while ((msg = reader.readLine()) != null) {
            // 处理网络请求
        }
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
} finally {
    // 回收资源
}

问题出在reader读取数据时，代码如下：

String msg;
while ((msg = reader.readLine()) != null) {
    // 处理网络请求
}

因为采用了阻塞IO类BufferedReader进行数据读取，所以假设网络拥塞的情况下，该TCP连接迟迟没有数据发送，线程会一直被阻塞，因示例代码采用单线程模型，任务变成串行处理，无法继续处理其他请求。

所以在BIO条件下，常采用一下编程模型：

为了保证主线程不被阻塞，服务器能正常接受请求，采用多线程方式解决。

主线程Acceptor不负责具体请求的处理，只负责接受请求，并创建相应的Handler线程进行请求处理，所有阻塞发生在Handler线程中，不影响主线程接受其他任务。

不要在主进程/主线程中处理任务的设计理念是值得学习的，主进程/主线程一旦挂了，整个节点都崩溃了，代价很大。

如下图所示，Nginx中分为主进程和工作进程，主进程负责任务分发，工作进程负责任务处理，如果工作进程崩溃了，主进程再重新fork工作进程，进行任务处理，整个节点依然可用。

根据经典的BIO编程模型，所有请求需要新建Handler线程处理。

new Thread(new Handler(socket)).start();

该模型存在一个致命的问题，当高并发时，造成系统中存在太多的线程，线程运行时的上下文频繁切换造成额外开销，给系统造成严重负担。

总结

学院换了副主任，答辩及论文格式规定有所调整，目前还在改格式。

以后会就NIO、IO多路复用等常用模型进行学习。

版权声明

本文作者：河北工业大学梦云智开发团队 - 张喜硕