阿里面試題BIO和NIO數量問題附答案和程式碼

李紅歐巴發表於2019-03-15
阿里面試題

一、問題

BIO 和 NIO 作為 Server 端，當建立了 10 個連線時，分別產生多少個執行緒？

答案： 因為傳統的 IO 也就是 BIO 是同步執行緒堵塞的，所以每個連線都要分配一個專用執行緒來處理請求，這樣 10 個連線就會建立 10 個執行緒去處理。而 NIO 是一種同步非阻塞的 I/O 模型，它的核心技術是多路複用，可以使用一個連結上的不同通道來處理不同的請求，所以即使有 10 個連線，對於 NIO 來說，開啟 1 個執行緒就夠了。

二、BIO 程式碼實現

  1. publicclassDemoServerextendsThread{
  2. privateServerSocket serverSocket;
  3. publicint getPort(){
  4. return serverSocket.getLocalPort();
  5. }
  6. publicvoid run(){
  7. try{
  8. serverSocket =newServerSocket(0);
  9. while(true){
  10. Socket socket = serverSocket.accept();
  11. RequestHandler requestHandler =newRequestHandler(socket);
  12. requestHandler.start();
  13. }
  14. }catch(IOException e){
  15. e.printStackTrace();
  16. }finally{
  17. if(serverSocket !=null){
  18. try{
  19. serverSocket.close();
  20. }catch(IOException e){
  21. e.printStackTrace();
  22. }
  23. }
  24. }
  25. }
  26. publicstaticvoid main(String[] args)throwsIOException{
  27. DemoServer server =newDemoServer();
  28. server.start();
  29. try(Socket client =newSocket(InetAddress.getLocalHost(), server.getPort())){
  30. BufferedReader bufferedReader =newBufferedReader(newInputStreamReader(client.getInputStream()));
  31. bufferedReader.lines().forEach(s ->System.out.println(s));
  32. }
  33. }
  34. }
  35. // 簡化實現，不做讀取，直接傳送字串
  36. classRequestHandlerextendsThread{
  37. privateSocket socket;
  38. RequestHandler(Socket socket){
  39. this.socket = socket;
  40. }
  41. @Override
  42. publicvoid run(){
  43. try(PrintWriter out =newPrintWriter(socket.getOutputStream());){
  44. out.println("Hello world!");
  45. out.flush();
  46. }catch(Exception e){
  47. e.printStackTrace();
  48. }
  49. }
  50. }


  • 伺服器端啟動 ServerSocket，埠 0 表示自動繫結一個空閒埠。
  • 呼叫 accept 方法，阻塞等待客戶端連線。
  • 利用 Socket 模擬了一個簡單的客戶端，只進行連線、讀取、列印。
  • 當連線建立後，啟動一個單獨執行緒負責回覆客戶端請求。

這樣，一個簡單的 Socket 伺服器就被實現出來了。


阿里面試題BIO和NIO數量問題附答案和程式碼


(圖片來源於楊曉峰)

三、NIO 程式碼實現

  1. publicclassNIOServerextendsThread{
  2. publicvoid run(){
  3. try(Selector selector =Selector.open();
  4. ServerSocketChannel serverSocket =ServerSocketChannel.open();){// 建立 Selector 和 Channel
  5. serverSocket.bind(newInetSocketAddress(InetAddress.getLocalHost(),8888));
  6. serverSocket.configureBlocking(false);
  7. // 註冊到 Selector，並說明關注點
  8. serverSocket.register(selector,SelectionKey.OP_ACCEPT);
  9. while(true){
  10. selector.select();// 阻塞等待就緒的 Channel，這是關鍵點之一
  11. Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
  12. Iterator<SelectionKey> iter = selectedKeys.iterator();
  13. while(iter.hasNext()){
  14. SelectionKey key = iter.next();
  15. // 生產系統中一般會額外進行就緒狀態檢查
  16. sayHelloWorld((ServerSocketChannel) key.channel());
  17. iter.remove();
  18. }
  19. }
  20. }catch(IOException e){
  21. e.printStackTrace();
  22. }
  23. }
  24. privatevoid sayHelloWorld(ServerSocketChannel server)throwsIOException{
  25. try(SocketChannel client = server.accept();){ client.write(Charset.defaultCharset().encode("Hello world!"));
  26. }
  27. }
  28. // 省略了與前面類似的 main
  29. }


  • 首先，通過 Selector.open() 建立一個 Selector，作為類似排程員的角色。
  • 然後，建立一個 ServerSocketChannel，並且向 Selector 註冊，通過指定 SelectionKey.OP_ACCEPT，告訴排程員，它關注的是新的連線請求。注意：為什麼我們要明確配置非阻塞模式呢？這是因為阻塞模式下，註冊操作是不允許的，會丟擲 IllegalBlockingModeException 異常。
  • Selector 阻塞在 select 操作，當有 Channel 發生接入請求，就會被喚醒。
  • 在 sayHelloWorld 方法中，通過 SocketChannel 和 Buffer 進行資料操作，在本例中是傳送了一段字串。

可以看到，在前面兩個樣例中，IO 都是同步阻塞模式，所以需要多執行緒以實現多工處理。而 NIO 則是利用了單執行緒輪詢事件的機制，通過高效地定位就緒的 Channel，來決定做什麼，僅僅 select 階段是阻塞的，可以有效避免大量客戶端連線時，頻繁執行緒切換帶來的問題，應用的擴充套件能力有了非常大的提高。下面這張圖對這種實現思路進行了形象地說明。


阿里面試題BIO和NIO數量問題附答案和程式碼


作者： 王磊的部落格

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