BIO

BIO英文全名是 blocking IO,也叫做 阻塞IO,是最容易理解、最容易實(shí)現(xiàn)的IO工作方式。

1.1、什么是阻塞IO(BIO)

當(dāng)我們?cè)谡務(wù)撟枞鸌O（Blocking IO）時(shí)，我們指的是一種輸入輸出方式，其中線程正在進(jìn)行IO操作時(shí)會(huì)被阻塞（即暫停運(yùn)行），直到IO 操作完成。這種阻塞是同步的，也就是說(shuō)線程會(huì)等待IO操作完成后再繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)的任務(wù)。

在阻塞IO中，當(dāng)一個(gè)線程調(diào)用IO操作（如讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)）時(shí)，如果沒(méi)有數(shù)據(jù)可用或無(wú)法立即完成IO操作，線程會(huì)被掛起，直到滿足操作條件。這種掛起意味著線程無(wú)法執(zhí)行其他任務(wù)，因?yàn)樗恢钡却齀O操作完成。

舉個(gè)例子說(shuō)明，假設(shè)一個(gè)線程負(fù)責(zé)從網(wǎng)絡(luò)套接字讀取數(shù)據(jù)，Socket就是網(wǎng)絡(luò)套接字。當(dāng)線程調(diào)用讀取數(shù)據(jù)的方法時(shí)，如果沒(méi)有數(shù)據(jù)可用，線程將被阻塞，直到有數(shù)據(jù)可讀為止。在此期間，線程無(wú)法執(zhí)行其他任務(wù)，他會(huì)一直等待直到數(shù)據(jù)到達(dá)或IO操作超時(shí)。

阻塞IO的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單易懂，但也存在一些問(wèn)題。其他一個(gè)問(wèn)題是當(dāng)有多個(gè)IO操作需要處理時(shí)，每個(gè)操作都會(huì)阻塞對(duì)應(yīng)的線程，導(dǎo)致線程的浪費(fèi)。在高并發(fā)或大規(guī)模的應(yīng)用程序中，這可能會(huì)導(dǎo)致性能的下降，因?yàn)榫€程的創(chuàng)建和上下文切換會(huì)帶來(lái)額外的開(kāi)銷。

為了解決阻塞IO的性能問(wèn)題，Java引入了非阻塞IO（Non-blocking IO）模型，例如NIO（New IO）和NIO.2。這些模型使用了事件驅(qū)動(dòng)的方式，通過(guò)單個(gè)線程處理多個(gè)IO操作。當(dāng)一個(gè)IO操作無(wú)法立即完成時(shí)，線程不會(huì)被阻塞，而是繼續(xù)執(zhí)行其他任務(wù)，等待IO操作完成后再處理。這種方式能更有效地利用系統(tǒng)資源，并提高并發(fā)處理能力。

綜上所述，阻塞IO是一種簡(jiǎn)單易懂的IO操作方式，但在高并發(fā)或大規(guī)模應(yīng)用程序中可能存在性能問(wèn)題。了解阻塞IO的概念可以幫助我們理解其他IO模型的工作原理和優(yōu)勢(shì)。

1.2、BIO工作原理

當(dāng)一個(gè)客戶端請(qǐng)求到達(dá)服務(wù)器時(shí)，服務(wù)器會(huì)為該請(qǐng)求創(chuàng)建一個(gè)新的線程。這個(gè)線程將負(fù)責(zé)處理該請(qǐng)求的所有IO操作，包括讀取請(qǐng)求數(shù)據(jù)、處理請(qǐng)求、發(fā)送響應(yīng)等。這種一對(duì)一的線程模型在簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)景下可能是可行的，但當(dāng)并發(fā)請(qǐng)求增加時(shí)，線程的數(shù)量也會(huì)相應(yīng)增加。

大量線程的創(chuàng)建和管理開(kāi)銷較大，會(huì)消耗大量的系統(tǒng)資源，包括內(nèi)存和CPU。每個(gè)線程都需要占用一定的內(nèi)存空間，并且線程之間的切換也需要消耗CPU資源。如果并發(fā)請(qǐng)求非常高，線程的數(shù)量可能會(huì)過(guò)多，導(dǎo)致系統(tǒng)資源不足，甚至引發(fā)性能下降、系統(tǒng)崩潰等問(wèn)題。

BIO的優(yōu)點(diǎn)是通俗易懂，適用于一些處理少量應(yīng)發(fā)請(qǐng)求的簡(jiǎn)單服務(wù)器，比如：?jiǎn)尉€程服務(wù)器、簡(jiǎn)單的客戶端-服務(wù)器通信等。對(duì)于高并發(fā)、大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該程序，BIO模型可能無(wú)法滿足要求，這會(huì)使得線程創(chuàng)建和管理開(kāi)銷太大。

1.3、BIO服務(wù)器

當(dāng)談到編寫一個(gè)BIO(Blocking I/O)程序時(shí)，我們可以創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的服務(wù)器，它能夠接受客戶端連接請(qǐng)求并處理這些請(qǐng)求。下面是一個(gè)使用java socket編寫的BIO服務(wù)器簡(jiǎn)單示例：

import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
public class BioServer {
    public static void main(String[] args) {
        int port = 8080; // 服務(wù)器監(jiān)聽(tīng)的端口號(hào)
        try {
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port);
            System.out.println("服務(wù)器啟動(dòng)，監(jiān)聽(tīng)端口：" + port);
            while (true) {
                // 等待客戶端連接
                Socket socket = serverSocket.accept();
                System.out.println("客戶端連接成功，地址：" + socket.getInetAddress() + ":" + socket.getPort());
                // 創(chuàng)建線程處理客戶端請(qǐng)求
                new Thread(() -> {
                    try {
                        // 獲取輸入流和輸出流
                        BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
                        PrintWriter writer = new PrintWriter(socket.getOutputStream());
                        // 讀取客戶端發(fā)送的數(shù)據(jù)
                        String request = reader.readLine();
                        System.out.println("接收到客戶端數(shù)據(jù)：" + request);
                        // 處理請(qǐng)求并返回響應(yīng)
                        String response = "Hello, client!";
                        writer.println(response);
                        writer.flush();
                        System.out.println("發(fā)送響應(yīng)給客戶端：" + response);
                        // 關(guān)閉連接
                        socket.close();
                        System.out.println("客戶端連接關(guān)閉");
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }).start();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

這個(gè)示例程序創(chuàng)建了一個(gè)ServerSocket來(lái)監(jiān)聽(tīng)指定端口（這里使用8080）。在主循環(huán)中，通過(guò)調(diào)用accept()方法等待客戶端的連接請(qǐng)求，沒(méi)有連接的時(shí)候，程序會(huì)一直阻塞在這里，直到收到客戶端連接請(qǐng)求。一旦客戶端連接成功，程序會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的線程來(lái)處理該客戶端的請(qǐng)求。

在處理線程中，我們獲取與客戶端連接的輸入流和輸出流，使用BufferedReader來(lái)讀取客戶端發(fā)送的數(shù)據(jù)，并使用PrintWriter來(lái)進(jìn)行客戶端發(fā)送響應(yīng)。這里處理邏輯非常簡(jiǎn)單，及僅僅返回一個(gè)固定的字符作為響應(yīng)。

當(dāng)請(qǐng)求處理結(jié)束后，關(guān)閉與客戶端的連接，并繼續(xù)等待下一個(gè)客戶端的連接。

需要注意，這個(gè)示例程序是單線程的。當(dāng)有新的客戶端連接時(shí)，都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的線程來(lái)處理請(qǐng)求。這種方式僅適用于簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)景，在高并發(fā)下，會(huì)創(chuàng)建大量的線程，導(dǎo)致性能下降。

1.4、BIO客戶端

如果想發(fā)送消息到上面的BIO服務(wù)器，我們可以使用一個(gè)簡(jiǎn)單的Socket客戶端來(lái)連接服務(wù)器并發(fā)送請(qǐng)求。以下是一個(gè)示例代碼：

import java.io.*;
import java.net.Socket;
public class BioClient {
    public static void main(String[] args) {
        String serverAddress = "localhost"; // 服務(wù)器地址
        int serverPort = 8080; // 服務(wù)器端口號(hào)
        try {
            // 連接服務(wù)器
            Socket socket = new Socket(serverAddress, serverPort);
            System.out.println("連接服務(wù)器成功");
            // 獲取輸入流和輸出流
            BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            PrintWriter writer = new PrintWriter(socket.getOutputStream());
            // 發(fā)送請(qǐng)求
            String request = "Hello, server!";
            writer.println(request);
            writer.flush();
            System.out.println("發(fā)送請(qǐng)求給服務(wù)器：" + request);
            // 接收響應(yīng)
            String response = reader.readLine();
            System.out.println("接收到服務(wù)器響應(yīng)：" + response);
            // 關(guān)閉連接
            socket.close();
            System.out.println("連接關(guān)閉");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

在這個(gè)示例程序中，BIO客戶端與服務(wù)器的通信過(guò)程如下：

• 創(chuàng)建一個(gè)Socket對(duì)象，指定服務(wù)器地址和端口號(hào)。
• 通過(guò)調(diào)用Socket對(duì)象的getInputStream()方法和getOutputStream()方法，分別獲取與服務(wù)器連接的輸入流和輸出流。輸入流用于接收服務(wù)器的響應(yīng)，輸出流用于向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求。
• 構(gòu)造一個(gè)請(qǐng)求消息，例如Hello, server!。
• 使用輸出流的println()方法將請(qǐng)求消息發(fā)送給服務(wù)器，并調(diào)用flush()方法確保消息被立即發(fā)送到服務(wù)器。
• 使用輸入流的readLine()方法來(lái)讀取服務(wù)器發(fā)送的響應(yīng)消息。
• 打印接收到的服務(wù)器響應(yīng)消息。
• 關(guān)閉與服務(wù)器的連接，調(diào)用Socket對(duì)象的close()方法。

你可以在該示例程序中修改請(qǐng)求消息和服務(wù)器地址、端口號(hào)，以適應(yīng)你的實(shí)際情況。

運(yùn)行實(shí)例

先啟動(dòng)服務(wù)器，進(jìn)行端口監(jiān)聽(tīng)，再啟動(dòng)客戶端，連接到指定服務(wù)器地址的端口

#BioServer輸出臺(tái)顯示

服務(wù)器啟動(dòng)，監(jiān)聽(tīng)端口：8080
客戶端連接成功，地址：/127.0.0.1:60038
接收到客戶端數(shù)據(jù)：Hello, server!
發(fā)送響應(yīng)給客戶端：Hello, client!
客戶端連接關(guān)閉

#BioClient輸出臺(tái)顯示

連接服務(wù)器成功
發(fā)送請(qǐng)求給服務(wù)器：Hello, server!
接收到服務(wù)器響應(yīng)：Hello, client!
連接關(guān)閉

結(jié)尾

盡管阻塞IO模型簡(jiǎn)單易懂，但在高并發(fā)或大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序中，使用該模型可能會(huì)遇到線程創(chuàng)建和管理開(kāi)銷過(guò)大的問(wèn)題。因此，在需要高并發(fā)處理的場(chǎng)景下，阻塞IO模型并不是最理想的選擇。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以考慮使用其他IO模型，如非阻塞IO（NIO）或基于NIO的框架（如Netty）。

非阻塞IO模型通過(guò)使用非阻塞的IO操作和事件輪詢機(jī)制，允許程序在等待IO操作完成的同時(shí)繼續(xù)執(zhí)行其他任務(wù)，從而提高了系統(tǒng)的并發(fā)能力。而基于NIO的框架則提供了更高級(jí)別的抽象和更靈活的IO操作方式，例如使用選擇器（Selector）來(lái)管理多個(gè)IO通道，實(shí)現(xiàn)單線程處理多個(gè)IO連接。

這些模型可以使用較少的線程處理多個(gè)請(qǐng)求，并且能更好地利用系統(tǒng)資源，提高并發(fā)處理能力。

非阻塞IO和基于NIO的框架具有以下優(yōu)勢(shì)：

• 更高的并發(fā)性能：不像阻塞IO模型那樣頻繁地創(chuàng)建和管理線程，，非阻塞IO和基于NIO的框架能夠通過(guò)一個(gè)線程處理多個(gè)IO連接，減少了線程創(chuàng)建和管理的開(kāi)銷，從而提高了系統(tǒng)的并發(fā)性能。
• 更靈活的IO操作方式：非阻塞IO和基于NIO的框架提供了更靈活的IO操作方式，例如事件驅(qū)動(dòng)的編程模型和選擇器機(jī)制，使得程序能夠更高效地管理和處理多個(gè)IO連接。
• 資源利用率更高：更加節(jié)約資源，由于非阻塞IO和基于NIO的框架使用了較少的線程，可以更有效地利用系統(tǒng)資源，避免了線程創(chuàng)建和上下文切換的開(kāi)銷。

在選擇適合的IO模型時(shí)，需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和性能需求來(lái)權(quán)衡各種模型的優(yōu)劣。阻塞IO模型適用于簡(jiǎn)單的、低并發(fā)的應(yīng)用場(chǎng)景，而非阻塞IO和基于NIO的框架則更適合需要處理大量并發(fā)連接的高性能應(yīng)用。

到此這篇關(guān)于一文帶你搞懂什么是BIO的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java BIO內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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