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【Java高級工程師蛻變之路】031 RPC架構設計及IO模型

2022-05-05 06:23:14 後端開發

本文闡述了socket編程、IO網路模型,以及各種IO模型的適用場景,

RPC架構設計

文章更新歷史

2022/03/01 初稿,

2022/05/04 修改相關描述,

socket

socket網路編程

socket概述

socket套接字是兩臺主機之間邏輯連接的端點,

TCP/IP協議是傳輸層協議,主要解決資料在網路中的傳輸

socket是網路通信之間的抽象介面,它包含網路通信的五種基礎資訊:連接使用的協議、本地主機的ip地址、本地行程協議埠、遠程主機ip地址、遠程行程的協議埠

socket整體流程

socket編程主要包括客戶端和服務端兩個方面,

首先在服務端創建一個服務端套接字(ServerSocket),并把它附加到一個埠上,服務端從這個埠監聽鏈接,

埠范圍是 0-65536 ,注意 0-1024 是特權服務保留的埠,可選擇任意一個不被其他行程使用的埠,

客戶端請求與服務端連接時,根據服務端的域名或者ip地址,加上埠號,打開一個套接字,當服務器接受連接后,服務器和客戶端之間的操作可以像輸入輸出流一樣操作,

image-20220417134215803

代碼實作

  1. 服務端代碼

    /**
     * 服務端
     *
     * @name: ServerDemo
     * @author: terwer
     * @date: 2022-04-17 14:20
     **/
    public class ServerDemo {
        public static void main(String[] args) throws IOException {
            // 1.創建一個執行緒池,如果有客戶端鏈接就創建一個執行緒與之通信
            ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
            // 2.創建ServerSocket
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9999);
            System.out.println("服務器已啟動");
            while (true) {
                // 3.監聽客戶端
                Socket socket = serverSocket.accept();
                System.out.println("有客戶端鏈接");
                executorService.execute(new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        handle(socket);
                    }
                });
            }
        }
    
        private static void handle(Socket socket) {
            try {
                System.out.println("執行緒ID:" + Thread.currentThread().getId() + ",執行緒名稱:" + Thread.currentThread().getName());
                // 從連接中取出輸入流
                InputStream inputStream = socket.getInputStream();
                byte[] b = new byte[1024];
                int read = inputStream.read(b);
                System.out.println("客戶端" + new String(b, 0, read));
    
                // 鏈接中取出輸出流并回話
                OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
                outputStream.write("沒有".getBytes());
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                try {
                    socket.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
    
  2. 客戶端代碼

    /**
     * 客戶端
     *
     * @name: ClientDemo
     * @author: terwer
     * @date: 2022-04-17 15:30
     **/
    public class ClientDemo {
        public static void main(String[] args) throws IOException {
            while (true) {
                // 1.創建客戶端socket
                Socket s = new Socket("127.0.0.1", 9999);
                // 2.從連接中獲取輸出流并發送訊息
                OutputStream os = s.getOutputStream();
                System.out.println("請輸入:");
                Scanner sc = new Scanner(System.in);
                String msg = sc.nextLine();
                os.write(msg.getBytes());
    
                // 3.從連接中取出輸入流并接受會話
                InputStream is = s.getInputStream();
                byte[] b = new byte[1024];
                // 下面寫法錯了
                // int read = is.read();
                // 應該是
                int read = is.read(b);
                System.out.println("老板說:" + new String(b, 0, read).trim());
    
                s.close();
            }
        }
    }
    

IO模型

IO模型說明

  1. 簡單理解:用什么樣的通道進行資料的發送和接收,在很大程度上決定了程式通信的性能,

  2. Java支持三種網路編程模型I/O模式:BIO(同步阻塞)、NIO(同步非阻塞)、AIO(異步非阻塞)

    阻塞與非阻塞

    指的是網路IO的執行緒是否處于阻塞或者等待狀態

    執行緒訪問資源,該資源是否準備就緒的一種處理方式

    image-20220417214737992

    同步和異步

    指的是資料的請求方式,同步和異步是請求資料的一種方式,

    image-20220417215010935

BIO(同步阻塞)

Java BIO就是傳統的socket編程

BIO(blocking IO):同步阻塞,服務器實作方式為一個鏈接一個執行緒,即客戶端有一個鏈接時,服務端就要啟動一個執行緒進行處理,如果這個鏈接不作任何事情,會造成不必要的執行緒開銷,可以通過執行緒池改善,實作多個客戶端鏈接服務器,

作業機制

image-20220417230159590

生活中的例子:

image-20220417230242089

BIO的問題分析
  1. 每個請求都要創建獨立的執行緒,與對應的客戶端進行read,業務處理,資料write
  2. 并發量大的時候,需要創建大量的執行緒來處理鏈接,系統資源占用較大
  3. 鏈接建立后,如果當前執行緒沒有資料可讀,執行緒就阻塞在read上,造成執行緒資源浪費

NIO(同步非阻塞)

同步非阻塞,服務器實作模式為一個執行緒處理多個請求(鏈接),客戶端發送的鏈接請求會注冊到多路復用器上,多路復用器輪訓到鏈接有IO請求就進行處理,

image-20220418134554952

生活中的例子:

image-20220418134644973

AIO(異步非阻塞)

AIO引入了異步通道的概念,采用了Proactor模式,簡化了程式撰寫,有效的請求才啟動執行緒,

他的特點是先由作業系統完成后才通知服務端啟動執行緒去處理,一般適用于連接數較多且連接時間較長的應用,

Proactor模式是一個訊息異步通知的模式,Proactor通知的不是就緒事件,而是操作完成事件,這也是作業系統異步IO的主要模型,

https://www.zhihu.com/question/26943938

生活中的例子:

image-20220418135022363

BIO、NIO、AIO的適用場景分析

  1. BIO(同步阻塞模式)適用于連接數比較小,且固定的架構,對服務器資源的要求比較高,并發局限于應用中,jdk1.4以前的唯一選擇,代碼容易理解,
  2. NIO(同步非阻塞模式)適用于鏈接數目多且鏈接比較短(輕操作)的架構,比如聊天服務器、彈幕系統、服務器之間的通訊等,編程比較復雜,jdk1.4開始支持,
  3. AIO(異步非阻塞模式)適用于連接數目比較多并且連接時間比較長(重操作)的架構,比如相冊服務器,充分呼叫OS參與并發操作,編程比較復雜,jdk1.7開始支持,

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