NIO與Netty-1-BIO

標簽： NIO與Netty java socket nio netty

NIO與Netty-1-BIO

文章目錄

NIO與Netty-1-BIO

示例
BIO阻塞模型
ServerSocket源碼解讀

ServerSocket創建流程
ServerSocket.accept()解讀

Socket中InputStream解讀

InputStream獲取流程
SocketInputStream.read(byte b[])

對應的操作系統方法

BIO是同步阻塞IO，在服務端獲取等待連接時需要阻塞，且每個連接的socket去獲取客戶端傳來的數據也需要阻塞，因此需要為每個連接都需要建立一個線程來處理，所以線程過多性能較低。

示例

//一個BIO的服務器
public static void main(String[] args) throws Exception {
    ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666);
    System.out.println("服務器啟動了");
    while (true) {
        Socket socket = serverSocket.accept();//此方法無連接會阻塞
        System.out.println("連接到一個客戶端");
        Thread connect=new Thread(new Runnable() {
            //創建一個線程來處理此連接
            public void run() {
                handlerConnect(socket);//連接處理函數
            }
        });
        connect.run();
    }
}
public static void handlerConnect(Socket socket) {
    try {
        byte[] bytes = new byte[1024];
        //通過socket 獲取輸入流
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();
        //循環的讀取客戶端發送的數據
        while (true) {
            int read =  inputStream.read(bytes);//此方法讀取客戶端傳來的信息會阻塞
            if(read != -1) {
                System.out.println(new String(bytes, 0, read)); //輸出客戶端發送的數據
            } else {
                break;
            }
        }
    }catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    }finally {
        System.out.println("關閉和client的連接");
        try {
            socket.close();
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

BIO阻塞模型
- BIO存在一個負責監聽建立連接事件的線程，在有新連接時便創建一個線程來處理此連接。
- 因此連接數將等于處理連接的線程數。
- 因為是阻塞式IO，單線程情況下，處理者線程可能阻塞在其中一個套接字的read上，導致另一個套接字即使準備好了數據也無法處理，這個時候解決的方法就只能是針對每一個套接字，都新建一個線程處理其數據讀取。

ServerSocket源碼解讀

ServerSocket創建流程

//以ServerSocket(int port)構造器為例
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666);

//ServerSocket(int port)構造方法
public ServerSocket(int port) throws IOException {
    this(port, 50, null);
    //調用ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr)
}
public ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr) throws IOException {
    setImpl();//*設置serverSocket實例的SocketImpl屬性
    /**代碼省略-port、baklog校驗**/
    try {
        bind(new InetSocketAddress(bindAddr, port), backlog);//*綁定端口
    } 
    /**代碼省略-異常處理**/
}

ServerSocket.setImpl()

private void setImpl() {
    if (factory != null) {//此時factory為null
        /**代碼省略-利用工廠創建impl**/
    } else {//執行此代碼塊
        impl = new SocksSocketImpl();//創建一個新的SocketImpl設置上去
    }
    if (impl != null)
        impl.setServerSocket(this);//將剛剛創建的impl與此serverSocket綁定
}

ServerSocket.bind(SocketAddress endpoint, int backlog)

public void bind(SocketAddress endpoint, int backlog) throws IOException {
    /**代碼省略-校驗拋異常**/
    InetSocketAddress epoint = (InetSocketAddress) endpoint;
    /**代碼省略-endpoint校驗**/
    try {
        SecurityManager security = System.getSecurityManager();
        if (security != null)
            security.checkListen(epoint.getPort());
        //為此ServerSocket的SocketImpl綁定監聽的地址和端口
        getImpl().bind(epoint.getAddress(), epoint.getPort());
        //為impl設置為監聽模式
        getImpl().listen(backlog);
        bound = true;
    }
    /**代碼省略-異常處理**/
}

注意盡管調用了setImpl但第一次調用getImpl()方法時還會對impl進行一些設置，例如獲取文件描述符fd。getImpl->createImpl->impl.create->獲取文件描述符。
impl的bind與listen分別在jvm層調用了操作系統的**bind()和listen()**函數。

ServerSocket.accept()解讀

//通過此方法建立連接，并返回連接對應的socket
Socket socket = serverSocket.accept();

此方法為阻塞的，若沒有連接到來則一直阻塞，有連接到來才返回新建立的socket。

//ServerSocket.accept()
public Socket accept() throws IOException {
    /**代碼省略-校驗拋異常**/
    Socket s = new Socket((SocketImpl) null);//創建新的socket對象
    implAccept(s);//！！！！！！！！！！！！
    return s;
}

ServerSocket.implAccept(Socket s)

protected final void implAccept(Socket s) throws IOException {
    SocketImpl si = null;
    try {
        if (s.impl == null)//此時s.impl為null
            s.setImpl();//為s設置一個新的impl
        else {
            s.impl.reset();
        }
        si = s.impl;
        s.impl = null;
        si.address = new InetAddress();
        si.fd = new FileDescriptor();
        getImpl().accept(si);//通過s的新impl去執行具體的accpet邏輯
        SocketCleanable.register(si.fd);
       	/**代碼省略-權限檢查**/
    }
    /**代碼省略-異常處理**/
    s.impl = si;
    s.postAccept();
}

getImpl().accept(SocketImpl s)

protected void accept(SocketImpl s) throws IOException {
    acquireFD();
    try {
        socketAccept(s);//具體的accept方法
    } finally {
        releaseFD();
    }
}

PlainSocketImpl.socketAccept(SocketImpl s)

void socketAccept(SocketImpl s) throws IOException {
    int nativefd = checkAndReturnNativeFD();
    /**代碼省略**/
    int newfd = -1;
    InetSocketAddress[] isaa = new InetSocketAddress[1];
    if (timeout <= 0) {//無超時時間的accept
        newfd = accept0(nativefd, isaa);
        //調用jvm中的accept方法
        //jvm調用操作系統的accept方法獲取連接
        //返回新連接對應的文件描述符
    } else {//含有超時時間的accept
        configureBlocking(nativefd, false);
        try {
            waitForNewConnection(nativefd, timeout);
            newfd = accept0(nativefd, isaa);
            //調用jvm中的accept方法
            if (newfd != -1) {
                configureBlocking(newfd, true);
            }
        } finally {
            configureBlocking(nativefd, true);
        }
    }
    /* 將s的fd設置為獲取到的連接的文件描述符 */
    fdAccess.set(s.fd, newfd);
    /* 設置建立的新連接的端口號，ip地址等 */
    InetSocketAddress isa = isaa[0];
    s.port = isa.getPort();
    s.address = isa.getAddress();
    s.localport = localport;
    /**代碼省略**/
}

accept0方法調用的jvm本地方法最終是通過調用操作系統的**accept()**函數實現的。

Socket中InputStream解讀

每個連接的Socket是由ServerSocket.accpet()返回來的，若想讀取連接中客戶端發送的數據，則需要獲取InputStream，并調用其read方法。

InputStream獲取流程

protected synchronized InputStream getInputStream() throws IOException {
    synchronized (fdLock) {
        /**代碼省略-校驗拋異常**/
        if (socketInputStream == null)
            socketInputStream = new SocketInputStream(this);
    }
    return socketInputStream;
}

new SocketInputStream(this)

SocketInputStream(AbstractPlainSocketImpl impl) throws IOException {
    super(impl.getFileDescriptor());//設置文件描述符
    this.impl = impl;//設置此流對應的impl
    socket = impl.getSocket();//設置對應的socket
}

SocketInputStream.read(byte b[])

public int read(byte b[]) throws IOException {
    return read(b, 0, b.length);
}
public int read(byte b[], int off, int length) throws IOException {
    return read(b, off, length, impl.getTimeout());
}
int read(byte b[], int off, int length, int timeout) throws IOException {
    int n;
    if (eof) {//連接已經結束
        return -1;
    }
	/**代碼省略-校驗拋異常**/
    FileDescriptor fd = impl.acquireFD();//獲取對應的impl的文件描述符
    try {
        n = socketRead(fd, b, off, length, timeout);//真正的read函數
        if (n > 0) {
            return n;
        }
    } catch (ConnectionResetException rstExc) {
        impl.setConnectionReset();
    } finally {
        impl.releaseFD();
    }
    /**代碼省略-校驗拋異常**/
    eof = true;
    return -1;
}

socketRead(fd, b, off, length, timeout)

private int socketRead(FileDescriptor fd,
                       byte b[], int off, int len,
                       int timeout) throws IOException {
    return socketRead0(fd, b, off, len, timeout);//調用jvm本地方法
}

調用的jvm本地方法最終也是通過操作系統的**recv()**函數來實現read的。

對應的操作系統方法

java的socket編程其實底層也是對應的c/c++對應的那套操作系統的socket編程方法。

作用	java方法	操作系統方法
創建socket獲得fd	impl.socketCreate(boolean isServer)	socket()
將host，port綁定到socket上	impl.bind(InetAddress host, int port)	bind()
將socket設置為監聽狀態	impl.listen(int backlog)	listen()
服務端socket獲取連接	impl.accept(SocketImpl s)	accept()
連接socket讀取收到的內容	socketInputStream.read(byte b[])	recv()

操作系統方法詳解

socket()	https://baike.baidu.com/item/socket%28%29
bind()	https://baike.baidu.com/item/bind%28%29
listen()	https://baike.baidu.com/item/listen%28%29
accept()	https://baike.baidu.com/item/accept%28%29
recv()	https://baike.baidu.com/item/recv%28%29

本文鏈接：https://blog.csdn.net/hu853996234/article/details/104253639

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