BIO的弊端
BIO既是Blocking IO，也叫同步阻塞模型，BIO模型如下
BIO模型
如果所示，多个客户端连接一个服务端， 每出现一个客户端就开一个handler(一般对应一个线程)处理
对应的服务端代码如下
public class BioServer {
public static void main(String[] args) throws IOException {
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9000);
// 任务处理线程池
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(10);
while (true) {
System.out.println("server start");
//阻塞方法等待客户端连接
Socket clientSocket = serverSocket.accept();
System.out.println("new client");
pool.execute(()->{
handler(clientSocket);
});
}
}
private static void handler(Socket clientSocket) {
try {
byte[] bytes = new byte[1024];
System.out.println("reading");
//接收客户端的数据，阻塞方法，没有数据可读时就阻塞
int read = clientSocket.getInputStream().read(bytes);
System.out.println("read over");
if (read != -1) {
System.out.println("received data：" + new String(bytes, 0, read));
}
clientSocket.getOutputStream().write("HelloClient".getBytes());
clientSocket.getOutputStream().flush();
} catch (Exception e) {
}
}
}
上面的代码使用了线程池来处理客户端业务，整个代码有两步阻塞
- 一步主线程阻塞等待客户端连接
- 一步线程池的线程阻塞等待客户端传输数据准备好
其实第一步阻塞到没什么，作为一个服务没有客户的情况下不阻塞也无事可做，主要是第二个阻塞，上面代码线程池size是10，假如当前有10个客户端连接都不发送数据，那么10个线程都阻塞，此时再来一个客户端发送完数据也无法及时处理
假设现在有个澡堂子，一共雇佣10个搓澡工，BIO就好比来一个客人就分配一个搓澡师傅，这个师傅就死死盯着客人洗澡，啥时候洗澡完了就开始安排搓澡，如果十个客户在池子里洗澡洗不完，这时有11号客户来了，没有空闲的搓澡师傅(都在等待客户洗完澡)，那这个客户只能傻傻的等着，实际上十个搓澡工都没有实际干活，但却处于傻傻的等待不可用状态
解决思路
通过上面的例子可以看出，BIO的模型明显是反人类的，合理的工作流程是这样
10个搓澡师傅都待着，什么时候有人洗完澡了才分配搓澡师傅进行搓澡，这样搓澡师傅的工作更加合理，充分的压榨了搓澡师傅
客户只会因为搓澡师傅都在搓澡而等待，而不是因为搓澡师傅都在傻等而等待
这样设计显然更加合理，也更加符合现实的工作流程，相当于事件驱动，当发生洗完澡(接收到数据)事件后，再安排搓澡工(线程)进行处理
回到代码怎么才能做到以事件驱动呐？更确切的说，作为java代码，如何得知数据传输的事件发生呐？
显然java本身肯定是做不到的，我们可以想一下数据的来源，一个网络数据的传输，一台机器通过网线或无线等形式发送二进制数据到一台电脑，硬件的驱动必然能感知到，那么操作系统也一定能感知到，所以一个链接是否有数据传输，操作系统最知道！
epoll
linux 提供了epoll系列函数
man epoll
上层代码可以通过调用该系列函数订阅感兴趣的事件，后续即可感知到注册事件的发生，主要方法如下
- epoll_create: 创建一个epoll实例
- epoll_ctl: 订阅事件
- epoll_wait: 阻塞等待订阅事件的发生
有个这系列函数，java代码就可以:
- 调用epoll_create创建一个epoll实例
- 调用epoll_ctl订阅可读事件(相当于有数据传输事件)
- 调用epoll_wait阻塞并等待时间发生
当然不能直接调用，而是调用底层C++再调用linux函数
NIO
有了操作系统的支持，java就可以实现一个不阻塞的IO服务，这就是NIO模型(Non Blocking IO)
JDK1.4开始引入java.nio包，在linux系统中底层就是使用epoll实现的(windows中基于winsock2，不开源)
先看一下NIO实现服务的代码
public class NioServer {
public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
// 创建NIO ServerSocketChannel
ServerSocketChannel serverSocket = ServerSocketChannel.open();
serverSocket.socket().bind(new InetSocketAddress(9000));
serverSocket.configureBlocking(false);
// 打开Selector处理Channel，底层调用epoll_create
Selector selector = Selector.open();
// 把ServerSocketChannel注册到selector上，并且selector对客户端accept连接操作感兴趣，底层调用epoll_ctl
serverSocket.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
System.out.println("服务启动成功");
while (true) {
// 阻塞等待需要处理的事件发生，即调用epoll_wait
selector.select();
// 获取selector中注册的全部事件的 SelectionKey 实例
Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();
// 遍历SelectionKey对事件进行处理
while (iterator.hasNext()) {
SelectionKey key = iterator.next();
// 如果是OP_ACCEPT事件，则进行连接获取和事件注册
if (key.isAcceptable()) {
ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel();
SocketChannel socketChannel = server.accept();
socketChannel.configureBlocking(false);
// 这里只注册了读事件，如果需要给客户端发送数据可以注册写事件，底层调用epoll_ctl
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
System.out.println("客户端连接成功");
} else if (key.isReadable()) { // 如果是OP_READ事件，则进行读取和打印
SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(128);
int len = socketChannel.read(byteBuffer);
// 如果有数据，把数据打印出来
if (len > 0) {
System.out.println("接收到消息：" + new String(byteBuffer.array()));
} else if (len == -1) { // 如果客户端断开连接，关闭Socket
System.out.println("客户端断开连接");
socketChannel.close();
}
}
//从事件集合里删除本次处理的key，防止下次select重复处理
iterator.remove();
}
}
}
}
上面及是一个典型的NIO代码，其中(liunx中)：
- Selector.open() 底层调用liunx的
epoll_create - socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ)相当于调用liunx的
epoll_ctl(实际上只是缓存起来，下一步再真正执行epoll_ctl) - selector.select() 底层调用
epoll_wait，阻塞并等待订阅事件发生
总结
selector 是java.nio包中一个nio解决方案，主要可以实现
- 订阅IO事件，如连接事件和有数据传输事件
- 阻塞并等待任何订阅事件的发生
在linux内核中，selector就是对epoll函数的一种封装，或者说epoll是linux针对java selector的实现
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