3. 彤哥说netty系列之Java BIO NIO AIO进化史

你好，我是彤哥，本篇是netty系列的第三篇。

欢迎来个人公从号彤哥读源码系统地学习源码&架构的知识。

简介

上一章咱们介绍了IO的五种模型，实际上Java只支持其中的三种，即BIO/NIO/AIO。

本文将介绍Java中这三种IO的进化史，并从使用的角度剖析它们背后的故事。

Java BIO

BIO概念解析

BIO，Blocking IO，阻塞IO，它是Java的上古产品，自出生就有的东西（JDK 1.0）。

使用BIO则数据准备和数据从内核空间拷贝到用户空间两个阶段都是阻塞的。

BIO使用案例

public class EchoServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);
        while (true) {
            System.out.println("start accept");
            Socket socket = serverSocket.accept();
            System.out.println("new conn: " + socket.getRemoteSocketAddress());

            new Thread(()->{
                try {
                    BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
                    String msg;
                                        // 读取消息，本文来源公从号彤哥读源码
                    while ((msg = reader.readLine()) != null) {
                        if (msg.equalsIgnoreCase("quit")) {
                            reader.close();
                            socket.close();
                            break;
                        } else {
                            System.out.println("receive msg: " + msg);
                        }
                    }
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
    }
}复制代码

客户端可使用telnet来测试，并且你可使用多个telnet来测试：

[c:\~]$ telnet 127.0.0.1 8080


Connecting to 127.0.0.1:8080...
Connection established.
To escape to local shell, press 'Ctrl+Alt+]'.
hello world
我是人才
quit
Connection closed by foreign host.复制代码

BIO的使用方式很是简单，服务端接收到一个链接就启动一个线程来处理这个链接的全部请求。

因此，BIO最大的缺点就是浪费资源，只能处理少许的链接，线程数随着链接数线性增长，链接越多线程越多，直到抗不住。

Java NIO

NIO概念解析

NIO，New IO，JDK1.4开始支持，内部是基于多路复用的IO模型。

这里有个歧义，不少人认为Java的NIO是Non-Blocking IO的缩写，其实并非。

使用NIO则多条链接的数据准备阶段会阻塞在select上，数据从内核空间拷贝到用户空间依然是阻塞的。

由于第一阶段并非链接自己处于阻塞阶段，因此一般来讲NIO也能够看做是同步非阻塞IO。

NIO使用案例

public class EchoServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Selector selector = Selector.open();
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
        // 将accept事件绑定到selector上
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

        while (true) {
            // 阻塞在select上
            selector.select();
            Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
            // 遍历selectKeys
            Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
                SelectionKey selectionKey = iterator.next();
                // 若是是accept事件
                if (selectionKey.isAcceptable()) {
                    ServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel) selectionKey.channel();
                    SocketChannel socketChannel = ssc.accept();
                    System.out.println("accept new conn: " + socketChannel.getRemoteAddress());
                    socketChannel.configureBlocking(false);
                    socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                } else if (selectionKey.isReadable()) {
                    // 若是是读取事件，本文来源公从号彤哥读源码
                    SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) selectionKey.channel();
                    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                    // 将数据读入到buffer中
                    int length = socketChannel.read(buffer);
                    if (length > 0) {
                        buffer.flip();
                        byte[] bytes = new byte[buffer.remaining()];
                        // 将数据读入到byte数组中
                        buffer.get(bytes);

                        // 换行符会跟着消息一块儿传过来
                        String content = new String(bytes, "UTF-8").replace("\r\n", "");
                        if (content.equalsIgnoreCase("quit")) {
                            selectionKey.cancel();
                            socketChannel.close();
                        } else {
                            System.out.println("receive msg: " + content);
                        }
                    }
                }
                iterator.remove();
            }
        }
    }
}复制代码

这里一样使用telnet测试，并且你可使用多个telnet来测试：

[c:\~]$ telnet 127.0.0.1 8080


Connecting to 127.0.0.1:8080...
Connection established.
To escape to local shell, press 'Ctrl+Alt+]'.
hello world
我是人才
quit
Connection closed by foreign host.
复制代码

NIO的使用方式就有点复杂了，可是一个线程就能够处理不少链接。

首先，须要注册一个ServerSocketChannel并把它注册到selector上并监听accept事件，而后accept到链接后会获取到SocketChannel，一样把SocketChannel也注册到selector上，可是监听的是read事件。

NIO最大的优势，就是一个线程就能够处理大量的链接，缺点是不适合处理阻塞性任务，由于阻塞性任务会把这个线程占有着，其它链接的请求将得不到及时处理。

Java AIO

AIO概念介绍

AIO，Asynchronous IO，异步IO，JDK1.7开始支持，算是一种比较完美的IO，Windows下比较成熟，但Linux下还不太成熟。

使用异步IO则会在请求时当即返回，并在数据已准备且已拷贝到用户空间后进行回调处理，两个阶段都不会阻塞。

AIO使用案例

public class EchoServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        AsynchronousServerSocketChannel serverSocketChannel = AsynchronousServerSocketChannel.open();
        serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));
        // 监听accept事件，本文来源公从号彤哥读源码
        serverSocketChannel.accept(null, new CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel, Object>() {
            @Override
            public void completed(AsynchronousSocketChannel socketChannel, Object attachment) {
                try {
                    System.out.println("accept new conn: " + socketChannel.getRemoteAddress());
                    // 再次监听accept事件
                    serverSocketChannel.accept(null, this);

                    // 消息的处理
                    while (true) {
                        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                        // 将数据读入到buffer中
                        Future<Integer> future = socketChannel.read(buffer);
                        if (future.get() > 0) {
                            buffer.flip();
                            byte[] bytes = new byte[buffer.remaining()];
                            // 将数据读入到byte数组中
                            buffer.get(bytes);

                            String content = new String(bytes, "UTF-8");
                            // 换行符会当成另外一条消息传过来
                            if (content.equals("\r\n")) {
                                continue;
                            }
                            if (content.equalsIgnoreCase("quit")) {
                                socketChannel.close();
                                break;
                            } else {
                                System.out.println("receive msg: " + content);
                            }
                        }
                    }
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

            @Override
            public void failed(Throwable exc, Object attachment) {
                System.out.println("failed");
            }
        });

        // 阻塞住主线程
        System.in.read();
    }
}复制代码

这里一样使用telnet测试，并且你可使用多个telnet来测试：

[c:\~]$ telnet 127.0.0.1 8080


Connecting to 127.0.0.1:8080...
Connection established.
To escape to local shell, press 'Ctrl+Alt+]'.
hello world
我是人才
quit
Connection closed by foreign host.
复制代码

AIO的使用方式不算太复杂，默认会启一组线程来处理用户的请求，并且若是在处理阻塞性任务，还会自动增长新的线程来处理其它链接的任务。

首先，建立一个AsynchronousServerSocketChannel并调用其accept方法，这一步至关于监听了accept事件，在收到accept事件后会获取到AsynchronousSocketChannel，而后就能够在回调方法completed()里面读取数据了，固然也要继续监听accept事件。

AIO最大的优势，就是少许的线程就能够处理大量的链接，并且能够处理阻塞性任务，但不能大量阻塞，不然线程数量会膨胀。

槽点

（1）三种IO的实现方式中对于换行符的处理居然都不同，BIO中不会把换行符带过来（实际上是带过来了，由于用了readLine()方法，因此换行符没了），NIO中会把换行符加在消息末尾，AIO中会把换行符当成一条新的消息传过来，很神奇，为啥不统一处理呢，也很疑惑。

（2）JDK自带的ByteBuffer是一个难用的东西。

总结

本文咱们从概念和使用两个角度分别介绍了BIO/NIO/AIO三种IO模型。

问题

看起来JDK的实现彷佛很完美啊，为何还会有Netty呢？

最后，也欢迎来个人公从号彤哥读源码系统地学习源码&架构的知识。