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阿里面试题BIO和NIO数量问题附答案和代码

2019.03.16 15:45 925浏览

一、问题

BIO 和 NIO 作为 Server 端,当建立了 10 个连接时,分别产生多少个线程?

答案: 因为传统的 IO 也就是 BIO 是同步线程堵塞的,所以每个连接都要分配一个专用线程来处理请求,这样 10 个连接就会创建 10 个线程去处理。而 NIO 是一种同步非阻塞的 I/O 模型,它的核心技术是多路复用,可以使用一个链接上的不同通道来处理不同的请求,所以即使有 10 个连接,对于 NIO 来说,开启 1 个线程就够了。

二、BIO 代码实现

public class DemoServer extends Thread {
    private ServerSocket serverSocket;
    public int getPort() {
        return  serverSocket.getLocalPort();
    }
    public void run() {
        try {
            serverSocket = new ServerSocket(0);
            while (true) {
                Socket socket = serverSocket.accept();
                RequestHandler requestHandler = new RequestHandler(socket);
                requestHandler.start();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (serverSocket != null) {
                try {
                    serverSocket.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        DemoServer server = new DemoServer();
        server.start();
        try (Socket client = new Socket(InetAddress.getLocalHost(), server.getPort())) {
            BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new                   InputStreamReader(client.getInputStream()));
            bufferedReader.lines().forEach(s -> System.out.println(s));
        }
    }
 }
// 简化实现,不做读取,直接发送字符串
class RequestHandler extends Thread {
    private Socket socket;
    RequestHandler(Socket socket) {
        this.socket = socket;
    }
    @Override
    public void run() {
        try (PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream());) {
            out.println("Hello world!");
            out.flush();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
 }
  • 服务器端启动 ServerSocket,端口 0 表示自动绑定一个空闲端口。
  • 调用 accept 方法,阻塞等待客户端连接。
  • 利用 Socket 模拟了一个简单的客户端,只进行连接、读取、打印。
  • 当连接建立后,启动一个单独线程负责回复客户端请求。

这样,一个简单的 Socket 服务器就被实现出来了。

(图片来源于杨晓峰)

三、NIO 代码实现

public class NIOServer extends Thread {
    public void run() {
        try (Selector selector = Selector.open();
             ServerSocketChannel serverSocket = ServerSocketChannel.open();) {// 创建 Selector 和 Channel
            serverSocket.bind(new InetSocketAddress(InetAddress.getLocalHost(), 8888));
            serverSocket.configureBlocking(false);
            // 注册到 Selector,并说明关注点
            serverSocket.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
            while (true) {
                selector.select();// 阻塞等待就绪的 Channel,这是关键点之一
                Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
                Iterator<SelectionKey> iter = selectedKeys.iterator();
                while (iter.hasNext()) {
                    SelectionKey key = iter.next();
                   // 生产系统中一般会额外进行就绪状态检查
                    sayHelloWorld((ServerSocketChannel) key.channel());
                    iter.remove();
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    private void sayHelloWorld(ServerSocketChannel server) throws IOException {
        try (SocketChannel client = server.accept();) {          client.write(Charset.defaultCharset().encode("Hello world!"));
        }
    }
   // 省略了与前面类似的 main
}

  • 首先,通过 Selector.open() 创建一个 Selector,作为类似调度员的角色。
  • 然后,创建一个 ServerSocketChannel,并且向 Selector 注册,通过指定 SelectionKey.OP_ACCEPT,告诉调度员,它关注的是新的连接请求。注意:为什么我们要明确配置非阻塞模式呢?这是因为阻塞模式下,注册操作是不允许的,会抛出 IllegalBlockingModeException 异常。
  • Selector 阻塞在 select 操作,当有 Channel 发生接入请求,就会被唤醒。
  • 在 sayHelloWorld 方法中,通过 SocketChannel 和 Buffer 进行数据操作,在本例中是发送了一段字符串。

可以看到,在前面两个样例中,IO 都是同步阻塞模式,所以需要多线程以实现多任务处理。而 NIO 则是利用了单线程轮询事件的机制,通过高效地定位就绪的 Channel,来决定做什么,仅仅 select 阶段是阻塞的,可以有效避免大量客户端连接时,频繁线程切换带来的问题,应用的扩展能力有了非常大的提高。下面这张图对这种实现思路进行了形象地说明。

(图片来源于杨晓峰)

四、参考资料

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