Java網路程式設計----透過實現簡易聊天工具來聊聊BIO

王若伊_恩賜解脫發表於2023-05-16
Java程式設計

IO模型即輸入輸出模型，我們今天主要來聊的是java網路程式設計中的IO模型---BIO模型。
BIO即阻塞式IO，Blocking IO
blocking [ˈblɒkɪŋ]
v. 堵塞; 阻塞; 堵住(某人的路等); 擋住(某人的視線等); 妨礙; 阻礙;
那究竟什麼是阻塞呢？
這裡的阻塞和多執行緒併發控制中，對未持有鎖的執行緒進行同步阻塞是兩個概念。更多的是指停滯不前，由於未接受到指令，只能繼續等待的意思。

舉個經典的例子：(防盜連線：本文首發自http://www.cnblogs.com/jilodream/ )
西餐廳中，有1個服務員負責招待。客人進入餐廳中，服務員會根據客人的需要下單或上菜。
當客人A要求點菜時，服務員A開始下單。在這個過程中，客人中間發生了停頓，或者猶豫不決時，服務員只能阻塞等待，不能直接停滯，忙其他的事情。這就是所謂的阻塞。
這樣就會有一個問題，服務員只能做完一件事，再做一件事，當有客人B也有要求時，則不能併發執行，這裡就是前文中說的多執行緒同步。

這裡存在兩個"阻塞"，
1、服務員等待指令，只能原地等候下一個指令。
2、由於服務員數量有限，即使其他客人有指令需要下發，服務員依然無法執行。
blocking 屬於前者，即服務員只能等待當前客人繼續傳送指令。
後者則屬於多執行緒同步問題，由於服務員數量有限，無法併發執行事務。
針對於後者，我們一般透過多執行緒來解決，而前者才是我們今天聊的重點。
大概明白了什麼是blocking阻塞之後，我們來看個由blocking IO實現的聊天工具：

Server端程式碼：

 1 package com.example.demo.learn.tcp;
 2 
 3 import java.io.IOException;
 4 import java.io.InputStream;
 5 import java.io.OutputStream;
 6 import java.net.ServerSocket;
 7 import java.net.Socket;
 8 import java.util.Scanner;
 9 
10 /**
11  * @discription
12  */
13 
14 public class TCPServer {
15     public static void main(String[] args) throws IOException {
16         ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);
17         while (true) {
18             Socket acceptSocket = serverSocket.accept();//注意這裡
19             ChatThread chatThread = new ChatThread(acceptSocket);
20             new Thread(chatThread).start();
21         }
22     }
23 }
24 
25 class ChatThread implements Runnable {
26     private Socket clientSocket;
27 
28     ChatThread(Socket clientSocket) {
29         this.clientSocket = clientSocket;
30     }
31 
32     @Override
33     public void run() {
34         try {
35 
36             OutputStream os = clientSocket.getOutputStream();
37             SayThread sayThread = new SayThread(os);
38             new Thread(sayThread).start();
39 
40             InputStream is = clientSocket.getInputStream();
41             byte[] buffer = new byte[1024];
42             int len = is.read(buffer);//注意這裡
43             while (len > 0) {
44                 String msg = new String(buffer, 0, len);
45                 System.out.println("");
46                 System.out.println("receive client msg:");
47                 System.out.println(msg);
48                 System.out.println("");
49                 len = is.read(buffer);//注意這裡
50             }
51             clientSocket.close();
52 
53         } catch (Exception ex) {
54             //logs
55         }
56 
57     }
58 }
59 
60 class SayThread implements Runnable {
61     private OutputStream os;
62 
63     SayThread(OutputStream outputStream) {
64         this.os = outputStream;
65     }
66 
67     @Override
68     public void run() {
69         try {
70             os.write("server connect success!!!".getBytes());
71             Scanner inputScanner = new Scanner(System.in);
72             while (true) {
73                 String str = inputScanner.nextLine();
74                 os.write(str.getBytes());
75                 os.flush();
76             }
77 
78         } catch (Exception ex) {
79             //logs
80         }
81 
82     }
83 }

Client端程式碼：

 1 package com.zzzlei.zxxb.experience;
 2 
 3 import java.io.IOException;
 4 import java.io.InputStream;
 5 import java.io.OutputStream;
 6 import java.net.Socket;
 7 import java.util.Scanner;
 8 
 9 /**
10  * @discription
11  */
12 public class TCPClient {
13     public static void main(String[] args) throws IOException {
14         Socket clientSocket=new Socket("127.0.0.1",9999);
15         ChatThread chatThread = new ChatThread(clientSocket);
16         new Thread(chatThread).start();
17 
18     }
19 }
20 
21 class ChatThread implements Runnable {
22     private Socket clientSocket;
23 
24     ChatThread(Socket clientSocket) {
25         this.clientSocket = clientSocket;
26     }
27 
28     @Override
29     public void run() {
30         try {
31             OutputStream os = clientSocket.getOutputStream();
32             SayThread sayThread = new SayThread(os);
33             new Thread(sayThread).start();
34 
35             InputStream is = clientSocket.getInputStream();
36             byte[] buffer = new byte[1024];
37             int len = is.read(buffer);//注意這裡
38             while (len > 0) {
39                 String msg = new String(buffer, 0, len);
40                 System.out.println("");
41                 System.out.println("receive server msg :");
42                 System.out.println(msg);
43                 System.out.println("");
44                 len = is.read(buffer);//注意這裡
45             }
46             clientSocket.close();
47 
48         } catch (Exception ex) {
49             //logs
50         }
51 
52     }
53 }
54 
55 class SayThread implements Runnable {
56     private OutputStream os;
57 
58     SayThread(OutputStream outputStream) {
59         this.os = outputStream;
60     }
61 
62     @Override
63     public void run() {
64         try {
65             os.write("client connect success!!!".getBytes());
66             Scanner inputScanner = new Scanner(System.in);
67             while (true) {
68                 String str = inputScanner.nextLine();
69                 os.write(str.getBytes());
70                 os.flush();
71             }
72 
73         } catch (Exception ex) {
74             //logs
75         }
76 
77     }
78 }

效果如圖，我們可以透過這兩個程式進行聊天：

客戶端截圖：

服務端截圖：

 

下面就是BIO模型的簡示圖

服務端在建立好serverSocket之後，會等待客戶端socket的連線，當連線成功後，會在服務端和客戶端透過Socket進行通訊。

在這個程式（模型）中，存在兩個阻塞的點：(防盜連線：本文首發自http://www.cnblogs.com/jilodream/ )
1、伺服器在等待客戶端接入，也就是accept的地方。（服務端程式碼的 18行）
2、伺服器或客戶端在等待socket寫入指令的地方。（服務端程式碼的42,49行，客戶端程式碼37,44行）
如圖，執行緒雖然是RUNNING狀態，但是卻不繼續執行了：

想一想，這兩個地方是不是都是無法透過增加執行緒來實現？
BIO是Jdk 1.0 時就引入的網路程式設計模型，Jdk1.4之後，引入了NIO（我會在後文中詳細介紹），來解決阻塞問題，讓執行緒不再等待。
那有了NIO是不是就不再需要，BIO了呢？(防盜連線：本文首發自http://www.cnblogs.com/jilodream/ )
並不是，BIO的優點是可以透過增加執行緒進行業務隔離，邏輯清晰，編碼和模型實現也都非常簡單。
缺點則是如果想提高效能，需要增加多執行緒支撐，即使如此仍然存在阻塞點導致效能瓶頸上限比較低。
因此在資源滿足的情況下，連線數量少時，是比較推薦使用BIO的。

 

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