深入理解tomcat中的BIO、NIO、AIO、ARP

更新時間：2025年04月16日 08:46:34 作者：isyues

tomcat作為springboot中默認的web容器,了解tomcat的運轉可以幫助我們更好的去調整tomcat的參數達到更好的性能,這篇文章主要介紹了理解tomcat中的BIO、NIO、AIO、ARP,需要的朋友可以參考下

1. 前置知識

I/O就是Input/Output，收別人的數據到本機叫Input，本級發(fā)數據出去叫Output
網絡I/O請求會先到網卡然后到內核態(tài)再到用戶態(tài)
CPU比內存快、內存比硬盤、網卡等外設快
所有I/O操作需要被加載到用戶態(tài)內存，用戶態(tài)程序才能直接操作
想要效果高，必須讓所有的資源都不閑置
tomcat不處理請求，會接受請求，轉發(fā)到具體的容器中
一個socket連接代表一個客戶端，一個socket可以發(fā)送多份請求不斷開

2. scoket測試工具

啟動程序是jar包，必須要有jre環(huán)境
鏈接：https://sockettest.sourceforge.net

3. BIO 同步阻塞IO

每一個socket連接后，tomcat都會有一個線程去全程去陪伴，把請求轉發(fā)到具體的容器中后，這個線程還在阻塞，等待容器返回數據，只有socket連接斷開了，才會回收這個線程。tomcat7或以下默認，比較簡單、穩(wěn)定，適合連接數比較少的

模擬代碼如下：

public class BioServer {
    static ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 啟動服務，綁定8080端口
            ServerSocket serverSocket = new ServerSocket();
            serverSocket.bind(new InetSocketAddress(8080));
            System.out.println("開啟服務");
            while (true){
                System.out.println("等待客戶端建立連接");
                // 監(jiān)聽8080端口，獲取客戶端連接
                Socket socket = serverSocket.accept(); //阻塞
                System.out.println("建立連接："+socket);
                executorService.submit(()->{
                    //業(yè)務處理
                    try {
                        handler(socket);
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                });
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            //TODO 資源回收
        }
    }
    private static void handler(Socket socket) throws IOException {
        byte[] bytes = new byte[1024];
        System.out.println("等待讀取數據");
        int read = socket.getInputStream().read(bytes); // 阻塞
        if(read !=-1) {
            System.out.println("讀取客戶端發(fā)送的數據：" +
                    new String(bytes, 0, read));
        }
    }
}

4. NIO 同步非阻塞

一個socket連接過來，會經歷以下步驟

LimitLatch：連接控制器，負責維護連接數計算，連接數默認是 8192，達到這個閥值后，就會拒絕連接請求。如果要調整修改配置文件server.tomcat.max-connections屬性
Acceptor：Acceptor 跑在一個單獨的線程里，它在一個死循環(huán)里調用 accept 方法來接收新連接，一旦有新的連接請求到來，accept 方法返回一個 Channel 對象，接著把 Channel 對象交給 Poller 去處理
Poller：Poller 的本質是一個 Selector，也跑在單獨線程里。Poller 在內部維護一個 Channel 數組，它在一個死循環(huán)里不斷檢測 Channel 的數據就緒狀態(tài)，一旦有 Channel 可讀，就生成一個 SocketProcessor 任務對象扔給Executor 去處理
Executor: Executor 就是線程池，負責運行 SocketProcessor 任務類，SocketProcessor 的 run 方法會調用Http11Processor 來讀取和解析請求數據。Http11Processor 是應用層協議的封裝，它會調用容器獲得響應，再把響應通過 Channel 寫出

tomcat8及以上默認, springboot2.3.12.RELEASE內嵌tomcat是9.0.46版本默認也是這個
模擬代碼：

public class NioServer {
    public static void main(String[] args)  {
        List<SocketChannel> list = new ArrayList<>();  // 緩存所有的socket
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024); // 緩存區(qū)的大小
        try {
            ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
            // 監(jiān)聽8080
            serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));
            // channel非阻塞
            serverSocketChannel.configureBlocking(false);
            System.out.println("NioServer 啟動....");
            while (true){
                // 非阻塞
                SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
                Thread.sleep(1000);
                if(socketChannel == null){
                    System.out.println("沒有新的客戶端建立連接");
                }else {
                    System.out.println("新的客戶端建立連接");
                    // channel非阻塞
                    socketChannel.configureBlocking(false);
                    // 將新的socket添加到 list
                    list.add(socketChannel);
                }
                //遍歷所有的socket
                for(SocketChannel channel:list){
                    //非阻塞
                    int read = channel.read(byteBuffer);
                    if(read >0) {
                        //讀模式
                        byteBuffer.flip();
                        System.out.println("讀取客戶端發(fā)送的數據：" +new String(byteBuffer.array(),0,read));
                        byteBuffer.clear();
                    }
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

5. AIO異步非阻塞

NIO 和 AIO（NIO2）最大的區(qū)別是，一個是同步一個是異步。異步最大的特點是，應用程序不需要自己去觸發(fā)數據從內核空間到用戶空間的拷貝。

沒有 Poller 組件，也就是沒有 Selector。在異步 I/O 模式下，Selector 的工作交給
內核來做了。

Linux 內核沒有很完善地支持異步 I/O 模型，因此 JVM 并沒有采用原生的 Linux 異步 I/O，而是在應用層面通過 epoll 模擬了異步 I/O 模型。因此在 Linux 平臺上，Java NIO 和 Java NIO2 底層都是通過 epoll 來實現的，但是 Java NIO 更加簡單高效。如果你的 Tomcat 跑在 Linux 平臺上，建議不使用NIO2

模擬代碼：

public class AioServer {
    public AsynchronousServerSocketChannel serverSocketChannel;
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        new AioServer().listen();
        Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);
    }
    private void listen() throws IOException {
        //1. 創(chuàng)建一個線程池
        ExecutorService es = Executors.newCachedThreadPool();
        //2. 創(chuàng)建異步通道群組
        AsynchronousChannelGroup acg = AsynchronousChannelGroup.withCachedThreadPool(es, 1);
        //3. 創(chuàng)建服務端異步通道
        serverSocketChannel = AsynchronousServerSocketChannel.open(acg);
        //4. 綁定監(jiān)聽端口
        serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));
        System.out.println("AioServer 啟動....");
        //5. 監(jiān)聽連接，傳入回調類處理連接請求
        serverSocketChannel.accept(this, new CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel, AioServer>() {
            //
            //            //具體處理連接請求的就是completed方法，它有兩個參數：第一個是異步通道，第二個就是上面?zhèn)魅氲腁ioServer對象
            @Override
            public void completed(AsynchronousSocketChannel socketChannel, AioServer attachment) {
                try {
                    if (socketChannel.isOpen()) {
                        System.out.println("接收到新的客戶端的連接，地址："
                                + socketChannel.getRemoteAddress());
                        final ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                        //調用 read 函數讀取客戶端發(fā)送的數據
                        socketChannel.read(byteBuffer, socketChannel,
                                        new CompletionHandler<Integer, AsynchronousSocketChannel>() {
                                            @Override
                            public void completed(Integer result, AsynchronousSocketChannel attachment) {
                                try {
                                    //讀取請求，處理客戶端發(fā)送的數據
                                    byteBuffer.flip();
                                    String content = Charset.defaultCharset()
                                            .newDecoder().decode(byteBuffer).toString();
                                    System.out.println("服務端接受到客戶端發(fā)來的數據：" + content);
                                } catch (CharacterCodingException e) {
                                    e.printStackTrace();
                                }
                            }
                            @Override
                            public void failed(Throwable exc, AsynchronousSocketChannel attachment) {
                                exc.printStackTrace();
                                try {
                                    attachment.close();
                                } catch (IOException e) {
                                    e.printStackTrace();
                                }
                            }
                        });
                    }
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }finally {
                    //當有新的客戶端接入的時候，直接調用accept的方法
                    attachment.serverSocketChannel.accept(attachment, this);
                }
            }
            @Override
            public void failed(Throwable exc, AioServer attachment) {
                exc.printStackTrace();
            }
        });
    }
}

6. APR異步非阻塞

APR方式全名叫Apache Portable Runtime，需要額外去下載安裝配置，NIO2是調用java庫去實現異步的，而ARP是直接通過JNI (Java Native Interface)去操作系統(tǒng)是實現異步，APR 能夠使用高級 IO 功能 (如sendfile, epoll, OpenSSL)，sendfile主要是對靜態(tài)文件提升很大，換APR也主要是這個原因其他的提升也不是特別大

附上對比圖

springboot配置apr教程：http://www.dhdzp.com/program/339686ch2.htm

到此這篇關于理解tomcat中的BIO、NIO、AIO、ARP的文章就介紹到這了,更多相關tomcat BIO、NIO、AIO、ARP內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！

您可能感興趣的文章:

Web項目打成war包部署Tomcat時運行startup.bat直接閃退部署失敗的快速解決方案
這篇文章主要介紹了Web項目打成war包部署Tomcat時運行startup.bat直接閃退部署失敗解決方案,需要的朋友可以參考下
2018-01-01
在MyEclipse上部署Tomcat服務器的方法
這篇文章主要介紹了在MyEclipse上部署Tomcat服務器的方法,需要的朋友可以參考下
2016-04-04
詳解Windows下調整Tomcat啟動參數的實現方法
這篇文章主要介紹了詳解Windows下調整Tomcat啟動參數的實現方法的相關資料,希望通過本文大家能夠修改Tomcat啟動參數來實現自己想要的效果，需要的朋友可以參考下
2017-09-09
Docker Tomcat為何看不到訪問界面
這篇文章主要介紹了Docker Tomcat為何看不到訪問界面，文中通過示例代碼介紹的非常詳細，對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值，需要的朋友們下面隨著小編來一起學習學習吧
2020-11-11
Tomcat中連接器(Connector)的實現
Tomcat中的連接器負責處理客戶端通信,支持HTTP、HTTPS和AJP協議,通過配置連接器,可以滿足不同的部署需求,包括端口、協議和SSL參數,正確配置連接器是確保Tomcat服務器高效運行和安全的關鍵
2024-11-11
阿里云服務器安裝配置tomcat 添加外網訪問端口的教程
這篇文章主要介紹了阿里云服務器安裝配置tomcat 添加外網訪問端口,需要的朋友可以參考下
2019-11-11
Idea部署tomcat服務實現過程圖解
這篇文章主要介紹了Idea部署tomcat服務實現過程圖解,文中通過示例代碼介紹的非常詳細，對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值,需要的朋友可以參考下
2020-08-08
解決spring boot + jar打包部署tomcat 404錯誤問題
這篇文章主要介紹了spring boot + jar打包部署tomcat 404錯誤問題解決方案，本文給大家介紹的非常詳細，對大家的學習或工作具有一定的參考借鑒價值,需要的朋友可以參考下
2020-12-12
Tomcat配置gzip壓縮提高瀏覽網站的速度
HTTP 壓縮可以大大提高瀏覽網站的速度，相對于普通的瀏覽過程HTML ,CSS,Javascript , Text ，它可以節(jié)省40%左右的流量
2014-09-09
Tomcat簡單網站部署的三種方式小結
本文主要介紹了Tomcat簡單網站部署的三種方式小結，文中通過示例代碼介紹的非常詳細，對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值，需要的朋友們下面隨著小編來一起學習學習吧
2023-05-05