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一、問題

BIO 和 NIO 作為 Server 端，當建立了 10 個連線時，分別產生多少個執行緒？

答案： 因為傳統的 IO 也就是 BIO 是同步執行緒堵塞的，所以每個連線都要分配一個專用執行緒來處理請求，這樣 10 個連線就會建立 10 個執行緒去處理。而 NIO 是一種同步非阻塞的 I/O 模型，它的核心技術是多路複用，可以使用一個連結上的不同通道來處理不同的請求，所以即使有 10 個連線，對於 NIO 來說，開啟 1 個執行緒就夠了。

二、BIO 程式碼實現

1. publicclassDemoServerextendsThread{
2. privateServerSocket serverSocket;
3. publicint getPort(){
4. return serverSocket.getLocalPort();
5. }
6. publicvoid run(){
7. try{
8. serverSocket =newServerSocket(0);
9. while(true){
10. Socket socket = serverSocket.accept();
11. RequestHandler requestHandler =
    newRequestHandler(socket);
12. requestHandler.start();
13. }
14. }catch(IOException e){
15. e.printStackTrace();
16. }finally{
17. if(serverSocket !=null){
18. try{
19. serverSocket.close();
20. }catch(IOException e){
21. e.printStackTrace();
22. }
23. }
24. }
25. }
26. publicstaticvoid main(String[] args)throwsIOException{
27. DemoServer server =
    newDemoServer();
28. server.start();
29. try(Socket client =newSocket(InetAddress.getLocalHost(), server.getPort())){
30. BufferedReader bufferedReader =newBufferedReader(newInputStreamReader(client.getInputStream()));
31. bufferedReader.lines().forEach(s ->System.out.println(s));
32. }
33. }
34. }
35. // 簡化實現，不做讀取，直接傳送字串
36. classRequestHandlerextendsThread{
37. privateSocket socket;
38. RequestHandler(Socket socket){
39. this.socket = socket;
40. }
41. @Override
42. publicvoid run(){
43. try(PrintWriter out =newPrintWriter(socket.getOutputStream());){
44. out.println("Hello world!");
45. out.flush();
46. }catch(Exception e){
47. e.printStackTrace();
48. }
49. }
50. }

• 伺服器端啟動 ServerSocket，埠 0 表示自動繫結一個空閒埠。
• 呼叫 accept 方法，阻塞等待客戶端連線。
• 利用 Socket 模擬了一個簡單的客戶端，只進行連線、讀取、列印。
• 當連線建立後，啟動一個單獨執行緒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 程式碼實現

1. publicclassNIOServerextendsThread{
2. publicvoid run(){
3. try(Selector selector =Selector.open();
4. ServerSocketChannel serverSocket =ServerSocketChannel.open();){// 建立 Selector 和 Channel
5. serverSocket.bind(newInetSocketAddress(InetAddress.getLocalHost(),8888));
6. serverSocket.configureBlocking(false);
7. // 註冊到 Selector，並說明關注點
8. serverSocket.register(selector,SelectionKey.OP_ACCEPT);
9. while(true){
10. selector.select();// 阻塞等待就緒的 Channel，這是關鍵點之一
11. Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
12. Iterator<SelectionKey> iter = selectedKeys.iterator();
13. while(iter.hasNext()){
14. SelectionKey key = iter.next();
15. // 生產系統中一般會額外進行就緒狀態檢查
16. sayHelloWorld((ServerSocketChannel) key.channel());
17. iter.remove();
18. }
19. }
20. }catch(IOException e){
21. e.printStackTrace();
22. }
23. }
24. privatevoid sayHelloWorld(ServerSocketChannel server)throwsIOException{
25. try(SocketChannel client = server.accept();){ client.write(Charset.defaultCharset().encode("Hello world!"));
26. }
27. }
28. // 省略了與前面類似的 main
29. }

• 首先，通過 Selector.open() 建立一個 Selector，作為類似排程員的角色。
• 然後，建立一個 ServerSocketChannel，並且向 Selector 註冊，通過指定 SelectionKey.OP_ACCEPT，告訴排程員，它關注的是新的連線請求。注意：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，會丟擲 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 進行資料操作，在本例中是傳送了一段字串。

可以看到，在前面兩個樣例中，IO 都是同步阻塞模式，所以需要多執行緒以實現多工處理。而 NIO 則是利用了單執行緒輪詢事件的機制，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線時，頻繁執行緒切換帶來的問題，應用的擴充套件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。

作者： 王磊的部落格

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