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一、本次目標(biāo)

編寫(xiě)最簡(jiǎn)單的1:1的server:client，感受socket通信編程；
修改client為多線程，模擬多個(gè)client請(qǐng)求server，觀測(cè)server響應(yīng)；
封裝server處理client請(qǐng)求方法，另開(kāi)線程處理；
處理線程加入線程池管理，減輕server負(fù)荷；

二、動(dòng)手實(shí)踐

1、編寫(xiě)配置接口，包含默認(rèn)服務(wù)端地址、端口等

package com.cjt.io;

public interface Config {

  String DEFAULT_ENCODE = "UTF-8";

  String DEFAULT_ADDR = "127.0.0.1";

  int DEFAULT_PORT = 6666;
}

2、編寫(xiě)時(shí)間工具類(lèi)DateUtil，方便輸出日志打印

package com.cjt.io;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;

public class DateUtil {

  private final static String DEFAULT_PATTERN = "HH:mm:ss";

  public static String getCurTimeStr(){
    SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat(DEFAULT_PATTERN);
    return sdf.format(new Date());
  }
}

3、編寫(xiě)服務(wù)端代碼

package com.cjt.io.bio;

import com.cjt.io.Config;
import com.cjt.io.DateUtil;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class ServerBIO implements Config{

  private ServerSocket server;

  private ServerBIO(int port){
    try {
      server = new ServerSocket(port);
    } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }


  private void start() {
    System.out.println("[" + DateUtil.getCurTimeStr() + "]:服務(wù)端已經(jīng)啟動(dòng)");
    try {
      while (true) {
        System.out.println("[" + DateUtil.getCurTimeStr() + "]:server循環(huán)獲取client請(qǐng)求開(kāi)始");
        // 阻塞，直到有客戶(hù)端發(fā)起請(qǐng)求
        Socket socket = server.accept();
        System.out.println("[" + DateUtil.getCurTimeStr() + "]:有新的client連接啦");
        try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream(), DEFAULT_ENCODE))){
          String line;
          StringBuilder builder = new StringBuilder();
          // 普通IO流會(huì)阻塞，所以這里的readLine()時(shí)間會(huì)根據(jù)客戶(hù)端操作的時(shí)間而定
          while ((line = reader.readLine()) != null) {
            builder.append(line);
            builder.append(System.getProperty("line.separator"));
          }
          System.out.println("[" + DateUtil.getCurTimeStr() + "]:client傳來(lái)消息");
          System.out.println(builder.toString());
        } catch (IOException e) {
          e.printStackTrace();
          break;
        }
      }
    } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }

  public static void main(String[] args){
    new ServerBIO(DEFAULT_PORT).start();
  }
}

4、編寫(xiě)客戶(hù)端代碼

package com.cjt.io.bio;

import com.cjt.io.Config;
import com.cjt.io.DateUtil;

import java.io.*;
import java.net.Socket;

public class ClientBIO implements Config {

  private String serverIp;

  private int port;

  private String msg;

  private int second;

  private ClientBIO(String serverIp, int port) {
    this.serverIp = serverIp;
    this.port = port;
  }

  private ClientBIO second(int second) {
    this.second = second;
    return this;
  }

  private ClientBIO msg(String msg) {
    this.msg = msg;
    return this;
  }

  private void sleep(int second) {
    try {
      Thread.sleep(second * 1000);
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }

  public void send() {
    try (Socket socket = new Socket(serverIp, port)) {
      System.out.println("[" + DateUtil.getCurTimeStr() + "]:連接server成功");
      BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream(), DEFAULT_ENCODE));
      writer.write(msg);
      writer.flush();
      sleep(second);
      System.out.println("[" + DateUtil.getCurTimeStr() + "]:client寫(xiě)入消息" + msg);
    } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }


  public static void main(String[] args) {
    ClientBIO client_1 = new ClientBIO(DEFAULT_ADDR, DEFAULT_PORT).second(3).msg("我是第一個(gè)客戶(hù)端");
    client_1.send();
  }
}

5、測(cè)試IO流的阻塞性

基于最簡(jiǎn)單的單線程方式我們分別實(shí)現(xiàn)了server和client的編寫(xiě)，這里不會(huì)詳細(xì)闡述怎么讀流，寫(xiě)數(shù)據(jù)，buffered流怎么用，主要是研究IO流的特性，更好地學(xué)會(huì)怎么處理高并發(fā)中的流處理。

首先啟動(dòng)ServerBIO，查看控制臺(tái)：

[17:06:54]:服務(wù)端已經(jīng)啟動(dòng)
[17:06:54]:server循環(huán)獲取client請(qǐng)求開(kāi)始

根據(jù)server的代碼，可以發(fā)現(xiàn)目前就阻塞在server.accept()這個(gè)位置，然后我們?cè)賳?dòng)client的main方法，模擬了兩個(gè)client一前一后發(fā)送請(qǐng)求，觀察client的控制臺(tái)：

[17:06:57]:連接server成功
[17:07:00]:client寫(xiě)入消息我是第一個(gè)客戶(hù)端

同時(shí)切到server的控制臺(tái)：

[17:06:54]:服務(wù)端已經(jīng)啟動(dòng)
[17:06:54]:server循環(huán)獲取client請(qǐng)求開(kāi)始
[17:06:57]:有新的client連接啦
[17:07:00]:client傳來(lái)消息
我是第一個(gè)客戶(hù)端

[17:07:00]:server循環(huán)獲取client請(qǐng)求開(kāi)始

57秒client連接server成功，同時(shí)server打印“有新的client連接”，由于手動(dòng)sleep的原因，直到00秒時(shí)client請(qǐng)求寫(xiě)入數(shù)據(jù)才完成，而server便一直阻塞在reader.readLine()這個(gè)位置，直接阻塞到00秒讀取到client的消息，然后繼續(xù)循環(huán)獲取client阻塞在server.accept()這個(gè)位置。

這只是一個(gè)最最簡(jiǎn)單的socket通信模型，只有一個(gè)client請(qǐng)求，那么我們修改client實(shí)現(xiàn)Runnable接口，開(kāi)啟線程發(fā)送數(shù)據(jù)，模擬多個(gè)client并行訪問(wèn)server：

package com.cjt.io.bio;

import com.cjt.io.Config;
import com.cjt.io.DateUtil;

import java.io.*;
import java.net.Socket;

public class ClientBIO implements Config, Runnable {

  private String serverIp;

  private int port;

  private String msg;

  private int second;

  private ClientBIO(String serverIp, int port) {
    this.serverIp = serverIp;
    this.port = port;
  }

  private ClientBIO second(int second) {
    this.second = second;
    return this;
  }

  private ClientBIO msg(String msg) {
    this.msg = msg;
    return this;
  }

  private void sleep(int second) {
    try {
      Thread.sleep(second * 1000);
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }

  @Override
  public void run() {
    try (Socket socket = new Socket(serverIp, port)) {
      System.out.println("[" + DateUtil.getCurTimeStr() + "]:連接server成功");
      BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream(), DEFAULT_ENCODE));
      writer.write(msg);
      writer.flush();
      sleep(second);
      System.out.println("[" + DateUtil.getCurTimeStr() + "]:client寫(xiě)入消息" + msg);
    } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }

  public static void main(String[] args) {
    ClientBIO client_1 = new ClientBIO(DEFAULT_ADDR, DEFAULT_PORT).second(3).msg("我是第一個(gè)客戶(hù)端");
    new Thread(client_1).start();
    ClientBIO client_2 = new ClientBIO(DEFAULT_ADDR, DEFAULT_PORT).second(1).msg("我是第二個(gè)客戶(hù)端");
    new Thread(client_2).start();
  }
}

運(yùn)行client的main方法，觀察client的控制臺(tái)：

[17:21:44]:連接server成功
[17:21:44]:連接server成功
[17:21:45]:client寫(xiě)入消息我是第二個(gè)客戶(hù)端
[17:21:47]:client寫(xiě)入消息我是第一個(gè)客戶(hù)端

很明顯多線程并行發(fā)送請(qǐng)求到server，由于client_2的sleep為1秒的原因，較client_1先打印，然后回到server的控制臺(tái)：

[17:21:37]:服務(wù)端已經(jīng)啟動(dòng)
[17:21:37]:server循環(huán)獲取client請(qǐng)求開(kāi)始
[17:21:44]:有新的client連接啦
[17:21:47]:client傳來(lái)消息
我是第一個(gè)客戶(hù)端

[17:21:47]:server循環(huán)獲取client請(qǐng)求開(kāi)始
[17:21:47]:有新的client連接啦
[17:21:47]:client傳來(lái)消息
我是第二個(gè)客戶(hù)端

[17:21:47]:server循環(huán)獲取client請(qǐng)求開(kāi)始

server這里控制臺(tái)輸出完全相反，44秒提示“有新的client連接啦”，這里是client_1，通過(guò)后面的msg也可以知道，然后在47秒讀取完client_1后立即獲取到client_2的連接，雖然client_2的sleep有1秒的時(shí)間，但是由于client_2的連接時(shí)間在44秒，所以數(shù)據(jù)早已準(zhǔn)備就緒，但是server的線程阻塞在讀取client_1了。

三、補(bǔ)充完善

1、封裝server處理client請(qǐng)求，單獨(dú)新開(kāi)線程：

package com.cjt.io.bio;

import com.cjt.io.Config;
import com.cjt.io.DateUtil;

import java.io.*;
import java.net.Socket;

public class ClientHandler implements Runnable, Config {

  private Socket socket;

  ClientHandler(Socket socket) {
    this.socket = socket;
  }

  @Override
  public void run() {
    try {
      BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream(), DEFAULT_ENCODE));
      String line;
      StringBuilder builder = new StringBuilder();
      // 普通IO流會(huì)阻塞，所以這里的readLine()時(shí)間會(huì)根據(jù)客戶(hù)端操作的時(shí)間而定
      while ((line = reader.readLine()) != null) {
        builder.append(line);
        builder.append(System.getProperty("line.separator"));
      }
      System.out.println("[" + DateUtil.getCurTimeStr() + "]:client傳來(lái)消息");
      System.out.println(builder.toString());
    } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }
}

同時(shí)修改server的start調(diào)用代碼：

System.out.println("[" + DateUtil.getCurTimeStr() + "]:服務(wù)端已經(jīng)啟動(dòng)");
while (true) {
  try {
    System.out.println("[" + DateUtil.getCurTimeStr() + "]:server循環(huán)獲取client請(qǐng)求開(kāi)始");
    // 阻塞，直到有客戶(hù)端發(fā)起請(qǐng)求
    Socket socket = server.accept();
    System.out.println("[" + DateUtil.getCurTimeStr() + "]:有新的client連接啦");
    new Thread(new ClientHandler(socket)).start();
  } catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
    break;
  }
}

不需要修改client代碼，直接啟動(dòng)server后，在啟動(dòng)client的main方法，觀測(cè)這次server的控制臺(tái)：

[17:37:53]:服務(wù)端已經(jīng)啟動(dòng)
[17:37:53]:server循環(huán)獲取client請(qǐng)求開(kāi)始
[17:38:00]:有新的client連接啦
[17:38:00]:server循環(huán)獲取client請(qǐng)求開(kāi)始
[17:38:00]:有新的client連接啦
[17:38:00]:server循環(huán)獲取client請(qǐng)求開(kāi)始
[17:38:02]:client傳來(lái)消息
我是第二個(gè)客戶(hù)端

[17:38:04]:client傳來(lái)消息
我是第一個(gè)客戶(hù)端

對(duì)比上面，很明顯server新開(kāi)了client處理線程，在處理client消息方面不會(huì)造成阻塞了。server收到client連接后新開(kāi)線程處理并立即輪詢(xún)接下來(lái)連接的client，“我是第二個(gè)客戶(hù)端”較先打印很好的印證了這點(diǎn)。

2、將ClientHandler處理線程加入到線程池

Java創(chuàng)建的線程屬于寶貴的系統(tǒng)資源，若是在大量的client訪問(wèn)時(shí)，則會(huì)創(chuàng)建大量的client消息處理線程，這樣必將導(dǎo)致系統(tǒng)性能急劇下降，最終宕掉。所以我們可以將client消息處理線程加入到線程池中進(jìn)行管理：

··· ···
// 定長(zhǎng)線程池，超出數(shù)量的線程會(huì)在隊(duì)列中等待
private ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(20);
··· ···
// 創(chuàng)建一個(gè)新的線程加入到線程池中管理并立即提交執(zhí)行
threadPool.execute(new Thread(new ClientHandler(socket)));
··· ···

這樣就不用擔(dān)心由于高并發(fā)產(chǎn)生巨大的線程從而使系統(tǒng)崩潰，運(yùn)行結(jié)果與上面相差無(wú)異。這里就不再重復(fù)，感興趣的可以自己試試。

3、增加server響應(yīng)

修改ClientHandler，簡(jiǎn)單回應(yīng)client（復(fù)述消息）：

··· ···
// 在寫(xiě)之前必須關(guān)閉讀
socket.shutdownInput();

BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream(), DEFAULT_ENCODE));
writer.write(builder.toString());
writer.flush();

socket.close();
··· ···

那么client的發(fā)送消息也得需要讀取server的響應(yīng)了，修改client的run方法：

  @Override
  public void run() {
    try (Socket socket = new Socket(serverIp, port)) {
      System.out.println("[" + DateUtil.getCurTimeStr() + "]:連接server成功");
      BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream(), DEFAULT_ENCODE));
      writer.write(msg);
      writer.flush();
      sleep(second);
      System.out.println("[" + DateUtil.getCurTimeStr() + "]:client寫(xiě)入消息");
      System.out.println(msg);

      // 在寫(xiě)之前必須關(guān)閉寫(xiě)
      socket.shutdownOutput();

      BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream(), DEFAULT_ENCODE));
      StringBuilder builder = new StringBuilder();
      while ((msg = reader.readLine()) != null){
        builder.append(msg);
        builder.append(System.getProperty("line.separator"));
      }
      System.out.println("[" + DateUtil.getCurTimeStr() + "]:server傳來(lái)消息");
      System.out.println(builder.toString());
    } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }

同樣的先運(yùn)行server后，再執(zhí)行client的main方法，觀測(cè)client的控制臺(tái)：

[18:08:07]:連接server成功
[18:08:07]:連接server成功
[18:08:08]:client寫(xiě)入消息
我是第二個(gè)客戶(hù)端
[18:08:08]:server傳來(lái)消息
我是第二個(gè)客戶(hù)端

Disconnected from the target VM, address: '127.0.0.1:61618', transport: 'socket'
[18:08:10]:client寫(xiě)入消息
我是第一個(gè)客戶(hù)端
[18:08:10]:server傳來(lái)消息
我是第一個(gè)客戶(hù)端

這說(shuō)明已經(jīng)server成功做出了響應(yīng)，并且client也成功讀取到了server的消息。這里需要強(qiáng)調(diào)的是：

jdk 1.7開(kāi)始，try后面可直接初始化某些流（implements AutoCloseable），則會(huì)自動(dòng)關(guān)閉；
socket關(guān)閉后對(duì)應(yīng)的輸入/輸出流也會(huì)被關(guān)閉；
socket 一次I/O操作既有讀也有寫(xiě)的話，中間一定要加上shutup流；

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通過(guò)socket編程掌握IO流 —— BIO

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4、編寫(xiě)客戶(hù)端代碼

5、測(cè)試IO流的阻塞性

三、補(bǔ)充完善

1、封裝server處理client請(qǐng)求，單獨(dú)新開(kāi)線程：

2、將ClientHandler處理線程加入到線程池

3、增加server響應(yīng)

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