Socket Review and I/0 Model

1、Socket网络编程回顾

1.1、Socket概述

        Socket,套接字就是两台主机之间逻辑连接的端点.TCP/IP协议是传输层协议,主要解决数据如何在网络中传输,而HTTP是应用层协议,主要解决如何包装数据.Socket是通信的基石,是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元.它是网络通信过程中端点的抽象表示,包含进行网络通信必须的五种信息：连接使用的协议、本地主机的IP地址、本地进程的协议端口、远程主机的IP地址、远程进程的协议端口.

1.2、Socket整体流程

        Socket编程主要涉及到客户端和服务端两个方面,首先是在服务器端创建一个服务器套接字（ServerSocket）,并把它附加到一个端口上,服务器从这个端口监听连接.端口号的范围是0到65536,但是0到1024是为特权服务保留的端口号,可以选择任意一个当前没有被其他进程使用的端口.

        客户端请求与服务器进行连接的时候,根据服务器的域名或者IP地址,加上端口号,打开一个套接字.当服务器接受连接后,服务器和客户端之间的通信就像输入输出流一样进行操作.

1.3、代码实现 

服务端代码

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class ServerDemo {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //1.创建一个线程池,如果有客户端连接就创建一个线程, 与之通信
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        //2.创建 ServerSocket 对象
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);
        System.out.println("服务器已启动");
        while (true) {
            //3.监听客户端
            final Socket socket = serverSocket.accept();
            System.out.println("有客户端连接");
            //4.开启新的线程处理
            executorService.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    handle(socket);
                }
            });
        }
    }

    public static void handle(Socket socket) {
        try {
            System.out.println("线程ID:" + Thread.currentThread().getId()
                    + "   线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
            //从连接中取出输入流来接收消息
            InputStream is = socket.getInputStream();
            byte[] b = new byte[1024];
            int read = is.read(b);
            System.out.println("客户端:" + new String(b, 0, read));
            //连接中取出输出流并回话
            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            os.write("没钱".getBytes());
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                //关闭连接
                socket.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

客户端代码

import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

public class ClientDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        while (true) {
            //1.创建 Socket 对象
            Socket s = new Socket("127.0.0.1", 9999);
            //2.从连接中取出输出流并发消息
            OutputStream os = s.getOutputStream();
            System.out.println("请输入:");
            Scanner sc = new Scanner(System.in);
            String msg = sc.nextLine();
            os.write(msg.getBytes());
            //3.从连接中取出输入流并接收回话
            InputStream is = s.getInputStream();
            byte[] b = new byte[1024];
            int read = is.read(b);
            System.out.println("老板说:" + new String(b, 0, read).trim());
            //4.关闭
            s.close();
        }
    }
}

2、I/O模型

2.1、I/O模型说明

1. I/O 模型简单的理解：就是用什么样的通道进行数据的发送和接收,很大程度上决定了程序通信的性能
2. Java 共支持 3 种网络编程模型/IO 模式：BIO(同步并阻塞)、NIO(同步非阻塞)、AIO(异步非阻塞)

阻塞与非阻塞

主要指的是访问IO的线程是否会阻塞（或处于等待）线程访问资源,该资源是否准备就绪的一种处理方式

同步和异步 

主要是指的数据的请求方式
同步和异步是指访问数据的一种机制

2.2、BIO(同步并阻塞) 

Java BIO就是传统的 socket编程.

        BIO(blocking I/O) ： 同步阻塞,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,可以通过线程池机制改善(实现多个客户连接服务器).

工作机制

BIO问题分析 

1. 每个请求都需要创建独立的线程,与对应的客户端进行数据 Read,业务处理,数据 Write
2. 并发数较大时,需要创建大量线程来处理连接,系统资源占用较大
3. 连接建立后,如果当前线程暂时没有数据可读,则线程就阻塞在 Read 操作上,造成线程资源浪费

2.3、NIO(同步非阻塞)

        同步非阻塞,服务器实现模式为一个线程处理多个请求(连接),即客户端发送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 I/O 请求就进行处理

2.4、AIO(异步非阻塞) 

        AIO 引入异步通道的概念,采用了 Proactor 模式,简化了程序编写,有效的请求才启动线程,它的特点是先由操作系统完成后才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 

Proactor 模式是一个消息异步通知的设计模式,Proactor 通知的不是就绪事件,而是操作完成事件,这也就是操作系统异步 IO 的主要模型.

2.5、BIO、NIO、AIO 适用场景分析 

• BIO(同步并阻塞) 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,并发局限于应用中,JDK1.4以前的唯一选择,但程序简单易理解
• NIO(同步非阻塞) 方式适用于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,服务器间通讯等.编程比较复杂,JDK1.4 开始支持
• AIO(异步非阻塞) 方式使用于连接数目多且连接比较长（重操作）的架构,比如相册服务器,充分调用 OS 参与并发操作, 编程比较复杂,JDK7 开始支持.