阿裡面試題BIO和NIO數量問題附答案和代碼

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，對於 NIO 來說，開啟 1 個線程就夠了。

二、BIO 代碼實現

publicclassDemoServerextendsThread{
privateServerSocket serverSocket;
publicint getPort(){
return serverSocket.getLocalPort();
}
publicvoid run(){
try{
serverSocket =newServerSocket(0);
while(true){
Socket socket = serverSocket.accept();
RequestHandler requestHandler =newRequestHandler(socket);
requestHandler.start();
}
}catch(IOException e){
e.printStackTrace();
}finally{
if(serverSocket !=null){
try{
serverSocket.close();
}catch(IOException e){
e.printStackTrace();
}
}
}
}
publicstaticvoid main(String[] args)throwsIOException{
DemoServer server =newDemoServer();
server.start();
try(Socket client =newSocket(InetAddress.getLocalHost(), server.getPort())){
BufferedReader bufferedReader =newBufferedReader(newInputStreamReader(client.getInputStream()));
bufferedReader.lines().forEach(s ->System.out.println(s));
}
}
}
// 簡化實現，不做讀取，直接發送字元串
classRequestHandlerextendsThread{
privateSocket socket;
RequestHandler(Socket socket){
this.socket = socket;
}
@Override
publicvoid run(){
try(PrintWriter out =newPrintWriter(socket.getOutputStream());){
out.println("Hello world!");
out.flush();
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
}

• 伺服器端啟動 ServerSocket，埠 0 表示自動綁定一個空閑埠。
• 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、列印。
• 當連接建立後，啟動一個單獨線程負責回覆客戶端請求。

這樣，一個簡單的 Socket 伺服器就被實現出來了。

(圖片來源於楊曉峰)

三、NIO 代碼實現

publicclassNIOServerextendsThread{
publicvoid run(){
try(Selector selector =Selector.open();
ServerSocketChannel serverSocket =ServerSocketChannel.open();){// 創建 Selector 和 Channel
serverSocket.bind(newInetSocketAddress(InetAddress.getLocalHost(),8888));
serverSocket.configureBlocking(false);
// 註冊到 Selector，並說明關註點
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();
}
}
privatevoid sayHelloWorld(ServerSocketChannel server)throwsIOException{
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。
• 然後，創建一個 ServerSocketChannel，並且向 Selector 註冊，通過指定 SelectionKey.OP_ACCEPT，告訴調度員，它關註的是新的連接請求。註意：為什麼我們要明確配置非阻塞模式呢？這是因為阻塞模式下，註冊操作是不允許的，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元串。

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，來決定做什麼，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。下麵這張圖對這種實現思路進行了形象地說明。

作者： 王磊的博客

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