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深入理解tomcat中的BIO、NIO、AIO、ARP

 更新時(shí)間:2025年04月16日 08:46:34   作者:isyues  
tomcat作為springboot中默認(rèn)的web容器,了解tomcat的運(yùn)轉(zhuǎn)可以幫助我們更好的去調(diào)整tomcat的參數(shù)達(dá)到更好的性能,這篇文章主要介紹了理解tomcat中的BIO、NIO、AIO、ARP,需要的朋友可以參考下

tomcat作為springboot中默認(rèn)的web容器,了解tomcat的運(yùn)轉(zhuǎn)可以幫助我們更好的去調(diào)整tomcat的參數(shù)達(dá)到更好的性能

1. 前置知識(shí)

  • I/O就是Input/Output,收別人的數(shù)據(jù)到本機(jī)叫Input,本級(jí)發(fā)數(shù)據(jù)出去叫Output
  • 網(wǎng)絡(luò)I/O請(qǐng)求會(huì)先到網(wǎng)卡然后到內(nèi)核態(tài)再到用戶(hù)態(tài)
  • CPU比內(nèi)存快、內(nèi)存比硬盤(pán)、網(wǎng)卡等外設(shè)快
  • 所有I/O操作需要被加載到用戶(hù)態(tài)內(nèi)存,用戶(hù)態(tài)程序才能直接操作
  • 想要效果高,必須讓所有的資源都不閑置
  • tomcat不處理請(qǐng)求,會(huì)接受請(qǐng)求,轉(zhuǎn)發(fā)到具體的容器中
  • 一個(gè)socket連接代表一個(gè)客戶(hù)端,一個(gè)socket可以發(fā)送多份請(qǐng)求不斷開(kāi)

2. scoket測(cè)試工具

啟動(dòng)程序是jar包,必須要有jre環(huán)境
鏈接:https://sockettest.sourceforge.net

3. BIO 同步阻塞IO

每一個(gè)socket連接后,tomcat都會(huì)有一個(gè)線程去全程去陪伴,把請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到具體的容器中后,這個(gè)線程還在阻塞,等待容器返回?cái)?shù)據(jù),只有socket連接斷開(kāi)了,才會(huì)回收這個(gè)線程。tomcat7或以下默認(rèn),比較簡(jiǎn)單、穩(wěn)定,適合連接數(shù)比較少的

模擬代碼如下:

public class BioServer {
    static ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 啟動(dòng)服務(wù),綁定8080端口
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket();
            serverSocket.bind(new InetSocketAddress(8080));
            System.out.println("開(kāi)啟服務(wù)");
            while (true){
                System.out.println("等待客戶(hù)端建立連接");
                // 監(jiān)聽(tīng)8080端口,獲取客戶(hù)端連接
                Socket socket = serverSocket.accept(); //阻塞
                System.out.println("建立連接:"+socket);
                executorService.submit(()->{
                    //業(yè)務(wù)處理
                    try {
                        handler(socket);
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                });
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            //TODO 資源回收
        }
    }
    private static void handler(Socket socket) throws IOException {
        byte[] bytes = new byte[1024];
        System.out.println("等待讀取數(shù)據(jù)");
        int read = socket.getInputStream().read(bytes); // 阻塞
        if(read !=-1) {
            System.out.println("讀取客戶(hù)端發(fā)送的數(shù)據(jù):" +
                    new String(bytes, 0, read));
        }
    }
}

4. NIO 同步非阻塞

一個(gè)socket連接過(guò)來(lái),會(huì)經(jīng)歷以下步驟

  • LimitLatch:連接控制器,負(fù)責(zé)維護(hù)連接數(shù)計(jì)算,連接數(shù)默認(rèn)是 8192,達(dá)到這個(gè)閥值后,就會(huì)拒絕連接請(qǐng)求。如果要調(diào)整修改配置文件server.tomcat.max-connections屬性
  • Acceptor:Acceptor 跑在一個(gè)單獨(dú)的線程里,它在一個(gè)死循環(huán)里調(diào)用 accept 方法來(lái)接收新連接,一旦有新的連接請(qǐng)求到來(lái),accept 方法返回一個(gè) Channel 對(duì)象,接著把 Channel 對(duì)象交給 Poller 去處理
  • Poller:Poller 的本質(zhì)是一個(gè) Selector,也跑在單獨(dú)線程里。Poller 在內(nèi)部維護(hù)一個(gè) Channel 數(shù)組,它在一個(gè)死循環(huán)里不斷檢測(cè) Channel 的數(shù)據(jù)就緒狀態(tài),一旦有 Channel 可讀,就生成一個(gè) SocketProcessor 任務(wù)對(duì)象扔給Executor 去處理
  • Executor: Executor 就是線程池,負(fù)責(zé)運(yùn)行 SocketProcessor 任務(wù)類(lèi),SocketProcessor 的 run 方法會(huì)調(diào)用Http11Processor 來(lái)讀取和解析請(qǐng)求數(shù)據(jù)。Http11Processor 是應(yīng)用層協(xié)議的封裝,它會(huì)調(diào)用容器獲得響應(yīng),再把響應(yīng)通過(guò) Channel 寫(xiě)出

tomcat8及以上默認(rèn), springboot2.3.12.RELEASE內(nèi)嵌tomcat是9.0.46版本默認(rèn)也是這個(gè)
模擬代碼:

public class NioServer {
    public static void main(String[] args)  {
        List<SocketChannel> list = new ArrayList<>();  // 緩存所有的socket
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024); // 緩存區(qū)的大小
        try {
            ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
            // 監(jiān)聽(tīng)8080
            serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));
            // channel非阻塞
            serverSocketChannel.configureBlocking(false);
            System.out.println("NioServer 啟動(dòng)....");
            while (true){
                // 非阻塞
                SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
                Thread.sleep(1000);
                if(socketChannel == null){
                    System.out.println("沒(méi)有新的客戶(hù)端建立連接");
                }else {
                    System.out.println("新的客戶(hù)端建立連接");
                    // channel非阻塞
                    socketChannel.configureBlocking(false);
                    // 將新的socket添加到 list
                    list.add(socketChannel);
                }
                //遍歷所有的socket
                for(SocketChannel channel:list){
                    //非阻塞
                    int read = channel.read(byteBuffer);
                    if(read >0) {
                        //讀模式
                        byteBuffer.flip();
                        System.out.println("讀取客戶(hù)端發(fā)送的數(shù)據(jù):" +new String(byteBuffer.array(),0,read));
                        byteBuffer.clear();
                    }
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

5. AIO異步非阻塞

NIO 和 AIO(NIO2) 最大的區(qū)別是,一個(gè)是同步一個(gè)是異步。異步最大的特點(diǎn)是,應(yīng)用程序不需要自己去觸發(fā)數(shù)據(jù)從內(nèi)核空間到用戶(hù)空間的拷貝。


沒(méi)有 Poller 組件,也就是沒(méi)有 Selector。在異步 I/O 模式下,Selector 的工作交給
內(nèi)核來(lái)做了。

Linux 內(nèi)核沒(méi)有很完善地支持異步 I/O 模型,因此 JVM 并沒(méi)有采用原生的 Linux 異步 I/O,而是在應(yīng)用層面通過(guò) epoll 模擬了異步 I/O 模型。因此在 Linux 平臺(tái)上,Java NIO 和 Java NIO2 底層都是通過(guò) epoll 來(lái)實(shí)現(xiàn)的,但是 Java NIO 更加簡(jiǎn)單高效。如果你的 Tomcat 跑在 Linux 平臺(tái)上,建議不使用NIO2

模擬代碼:

public class AioServer {
    public AsynchronousServerSocketChannel serverSocketChannel;
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        new AioServer().listen();
        Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);
    }
    private void listen() throws IOException {
        //1. 創(chuàng)建一個(gè)線程池
        ExecutorService es = Executors.newCachedThreadPool();
        //2. 創(chuàng)建異步通道群組
        AsynchronousChannelGroup acg = AsynchronousChannelGroup.withCachedThreadPool(es, 1);
        //3. 創(chuàng)建服務(wù)端異步通道
        serverSocketChannel = AsynchronousServerSocketChannel.open(acg);
        //4. 綁定監(jiān)聽(tīng)端口
        serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));
        System.out.println("AioServer 啟動(dòng)....");
        //5. 監(jiān)聽(tīng)連接,傳入回調(diào)類(lèi)處理連接請(qǐng)求
        serverSocketChannel.accept(this, new CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel, AioServer>() {
            //
            //            //具體處理連接請(qǐng)求的就是completed方法,它有兩個(gè)參數(shù):第一個(gè)是異步通道,第二個(gè)就是上面?zhèn)魅氲腁ioServer對(duì)象
            @Override
            public void completed(AsynchronousSocketChannel socketChannel, AioServer attachment) {
                try {
                    if (socketChannel.isOpen()) {
                        System.out.println("接收到新的客戶(hù)端的連接,地址:"
                                + socketChannel.getRemoteAddress());
                        final ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                        //調(diào)用 read 函數(shù)讀取客戶(hù)端發(fā)送的數(shù)據(jù)
                        socketChannel.read(byteBuffer, socketChannel,
                                        new CompletionHandler<Integer, AsynchronousSocketChannel>() {
                                            @Override
                            public void completed(Integer result, AsynchronousSocketChannel attachment) {
                                try {
                                    //讀取請(qǐng)求,處理客戶(hù)端發(fā)送的數(shù)據(jù)
                                    byteBuffer.flip();
                                    String content = Charset.defaultCharset()
                                            .newDecoder().decode(byteBuffer).toString();
                                    System.out.println("服務(wù)端接受到客戶(hù)端發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù):" + content);
                                } catch (CharacterCodingException e) {
                                    e.printStackTrace();
                                }
                            }
                            @Override
                            public void failed(Throwable exc, AsynchronousSocketChannel attachment) {
                                exc.printStackTrace();
                                try {
                                    attachment.close();
                                } catch (IOException e) {
                                    e.printStackTrace();
                                }
                            }
                        });
                    }
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }finally {
                    //當(dāng)有新的客戶(hù)端接入的時(shí)候,直接調(diào)用accept的方法
                    attachment.serverSocketChannel.accept(attachment, this);
                }
            }
            @Override
            public void failed(Throwable exc, AioServer attachment) {
                exc.printStackTrace();
            }
        });
    }
}

6. APR異步非阻塞

APR方式全名叫Apache Portable Runtime,需要額外去下載安裝配置,NIO2是調(diào)用java庫(kù)去實(shí)現(xiàn)異步的,而ARP是直接通過(guò)JNI (Java Native Interface)去操作系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)異步,APR 能夠使用高級(jí) IO 功能 (如sendfile, epoll, OpenSSL),sendfile主要是對(duì)靜態(tài)文件提升很大,換APR也主要是這個(gè)原因其他的提升也不是特別大

附上對(duì)比圖

springboot配置apr教程:http://www.dbjr.com.cn/program/339686ch2.htm

到此這篇關(guān)于理解tomcat中的BIO、NIO、AIO、ARP的文章就介紹到這了,更多相關(guān)tomcat BIO、NIO、AIO、ARP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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