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阿里面試題BIO和NIO數量問題附答案和代碼

2019.03.16 15:45 1580瀏覽

一、問題

BIO 和 NIO 作為 Server 端,當建立了 10 個連接時,分別產生多少個線程?

答案: 因為傳統的 IO 也就是 BIO 是同步線程堵塞的,所以每個連接都要分配一個專用線程來處理請求,這樣 10 個連接就會創建 10 個線程去處理。而 NIO 是一種同步非阻塞的 I/O 模型,它的核心技術是多路復用,可以使用一個鏈接上的不同通道來處理不同的請求,所以即使有 10 個連接,對于 NIO 來說,開啟 1 個線程就夠了。

二、BIO 代碼實現

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));
        }
    }
 }
// 簡化實現,不做讀取,直接發送字符串
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();
        }
    }
 }
  • 服務器端啟動 ServerSocket,端口 0 表示自動綁定一個空閑端口。
  • 調用 accept 方法,阻塞等待客戶端連接。
  • 利用 Socket 模擬了一個簡單的客戶端,只進行連接、讀取、打印。
  • 當連接建立后,啟動一個單獨線程負責回復客戶端請求。

這樣,一個簡單的 Socket 服務器就被實現出來了。

(圖片來源于楊曉峰)

三、NIO 代碼實現

public class NIOServer extends Thread {
    public void run() {
        try (Selector selector = Selector.open();
             ServerSocketChannel serverSocket = ServerSocketChannel.open();) {// 創建 Selector 和 Channel
            serverSocket.bind(new InetSocketAddress(InetAddress.getLocalHost(), 8888));
            serverSocket.configureBlocking(false);
            // 注冊到 Selector,并說明關注點
            serverSocket.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
            while (true) {
                selector.select();// 阻塞等待就緒的 Channel,這是關鍵點之一
                Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
                Iterator<SelectionKey> iter = selectedKeys.iterator();
                while (iter.hasNext()) {
                    SelectionKey key = iter.next();
                   // 生產系統中一般會額外進行就緒狀態檢查
                    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!"));
        }
    }
   // 省略了與前面類似的 main
}

  • 首先,通過 Selector.open() 創建一個 Selector,作為類似調度員的角色。
  • 然后,創建一個 ServerSocketChannel,并且向 Selector 注冊,通過指定 SelectionKey.OP_ACCEPT,告訴調度員,它關注的是新的連接請求。注意:為什么我們要明確配置非阻塞模式呢?這是因為阻塞模式下,注冊操作是不允許的,會拋出 IllegalBlockingModeException 異常。
  • Selector 阻塞在 select 操作,當有 Channel 發生接入請求,就會被喚醒。
  • 在 sayHelloWorld 方法中,通過 SocketChannel 和 Buffer 進行數據操作,在本例中是發送了一段字符串。

可以看到,在前面兩個樣例中,IO 都是同步阻塞模式,所以需要多線程以實現多任務處理。而 NIO 則是利用了單線程輪詢事件的機制,通過高效地定位就緒的 Channel,來決定做什么,僅僅 select 階段是阻塞的,可以有效避免大量客戶端連接時,頻繁線程切換帶來的問題,應用的擴展能力有了非常大的提高。下面這張圖對這種實現思路進行了形象地說明。

(圖片來源于楊曉峰)

四、參考資料

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