Java网络编程----通过实现简易聊天工具来聊聊BIO模型

IO模型即输入输出模型，我们今天主要来聊的是java网络编程中的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); 挡住(某人的视线等); 妨碍; 阻碍;
那究竟什么是阻塞呢？
这里的阻塞和多线程并发控制中，对未持有锁的线程进行同步阻塞是两个概念。更多的是指停滞不前，由于未接受到指令，只能继续等待的意思。

举个经典的例子：(防盗连接：本文首发自http://www.cnblogs.com/jilodream/ )
西餐厅中，有1个服务员负责招待。客人进入餐厅中，服务员会根据客人的需要下单或上菜。
当客人A要求点菜时，服务员A开始下单。在这个过程中，客人中间发生了停顿，或者犹豫不决时，服务员只能阻塞等待，不能直接停滞，忙其他的事情。这就是所谓的阻塞。
这样就会有一个问题，服务员只能做完一件事，再做一件事，当有客人B也有要求时，则不能并发执行，这里就是前文中说的多线程同步。

这里存在两个"阻塞"，
1、服务员等待指令，只能原地等候下一个指令。
2、由于服务员数量有限，即使其他客人有指令需要下发，服务员依然无法执行。
blocking 属于前者，即服务员只能等待当前客人继续发送指令。
后者则属于多线程同步问题，由于服务员数量有限，无法并发执行事务。
针对于后者，我们一般通过多线程来解决，而前者才是我们今天聊的重点。
大概明白了什么是blocking阻塞之后，我们来看个由blocking IO实现的聊天工具：

代码很简单，整体的流程大概是这样的：
1、启动服务端，服务端创建ServerSocket，同时绑定9999端口；
2、ServerSocket通过Accept方法等待客户端连接；
3、启动客户端，客户端创建Socket连接服务端Socket;
4、当ServerSocket接收到客户端请求后，创建新线程，新线程持有请求Socket;
5、服务端的Socket和客户端的Socket分别进行读写通信，完成聊天效果;

Server端代码：

package com.example.demo.learn.tcp;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

/**
 * @discription
 */

public class TCPServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);
        while (true) {
            Socket acceptSocket = serverSocket.accept();//注意这里
            ChatThread chatThread = new ChatThread(acceptSocket);
            new Thread(chatThread).start();
        }
    }
}

class ChatThread implements Runnable {
    private Socket clientSocket;

    ChatThread(Socket clientSocket) {
        this.clientSocket = clientSocket;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {

            OutputStream os = clientSocket.getOutputStream();
            SayThread sayThread = new SayThread(os);
            new Thread(sayThread).start();

            InputStream is = clientSocket.getInputStream();
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int len = is.read(buffer);//注意这里
            while (len > 0) {
                String msg = new String(buffer, 0, len);
                System.out.println("");
                System.out.println("receive client msg:");
                System.out.println(msg);
                System.out.println("");
                len = is.read(buffer);//注意这里
            }
            clientSocket.close();

        } catch (Exception ex) {
            //logs
        }

    }
}

class SayThread implements Runnable {
    private OutputStream os;

    SayThread(OutputStream outputStream) {
        this.os = outputStream;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            os.write("server connect success!!!".getBytes());
            Scanner inputScanner = new Scanner(System.in);
            while (true) {
                String str = inputScanner.nextLine();
                os.write(str.getBytes());
                os.flush();
            }

        } catch (Exception ex) {
            //logs
        }

    }
}

Client端代码：

package com.zzzlei.zxxb.experience;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;

/**
 * @discription
 */
public class TCPClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Socket clientSocket=new Socket("127.0.0.1",9999);
        ChatThread chatThread = new ChatThread(clientSocket);
        new Thread(chatThread).start();

    }
}

class ChatThread implements Runnable {
    private Socket clientSocket;

    ChatThread(Socket clientSocket) {
        this.clientSocket = clientSocket;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            OutputStream os = clientSocket.getOutputStream();
            SayThread sayThread = new SayThread(os);
            new Thread(sayThread).start();

            InputStream is = clientSocket.getInputStream();
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int len = is.read(buffer);//注意这里
            while (len > 0) {
                String msg = new String(buffer, 0, len);
                System.out.println("");
                System.out.println("receive server msg :");
                System.out.println(msg);
                System.out.println("");
                len = is.read(buffer);//注意这里
            }
            clientSocket.close();

        } catch (Exception ex) {
            //logs
        }

    }
}

class SayThread implements Runnable {
    private OutputStream os;

    SayThread(OutputStream outputStream) {
        this.os = outputStream;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            os.write("client connect success!!!".getBytes());
            Scanner inputScanner = new Scanner(System.in);
            while (true) {
                String str = inputScanner.nextLine();
                os.write(str.getBytes());
                os.flush();
            }

        } catch (Exception ex) {
            //logs
        }

    }
}

效果如图，我们可以通过这两个程序进行聊天：

客户端截图：

服务端截图：

 

下面就是BIO模型的简示图

在这个程序（模型）中，存在两个阻塞的点：(防盗连接：本文首发自http://www.cnblogs.com/jilodream/ )

1、服务器在等待客户端接入，也就是accept的地方。（服务端代码的 18行）
2、服务器或客户端在等待socket写入指令的地方。（服务端代码的42,49行，客户端代码37,44行）
如图，线程虽然是RUNNING状态，但是却不继续执行了：

想一想，这两个地方是不是都是无法通过增加线程来实现？
BIO是Jdk 1.0 时就引入的网络编程模型，Jdk1.4之后，引入了NIO（我会在后文中详细介绍），来解决阻塞问题，让线程不再等待。
那有了NIO是不是就不再需要，BIO了呢？(防盗连接：本文首发自http://www.cnblogs.com/jilodream/ )
并不是，BIO的优点是可以通过增加线程进行业务隔离，逻辑清晰，编码和模型实现也都非常简单。
缺点则是如果想提高性能，需要增加多线程支撑，即使如此仍然存在阻塞点导致性能瓶颈上限比较低。
因此在资源满足的情况下，连接数量少时，是比较推荐使用BIO的。