面试题：Java BIO的局限性在网络编程场景中有哪些体现

Question

在网络编程场景下，Java BIO存在一些局限性。请详细阐述这些局限性体现在哪些方面，例如在处理多个客户端连接时会出现什么问题，以及对系统资源有怎样的影响。

Answer 1

1. 处理多个客户端连接问题

• 阻塞式 I/O：BIO 是阻塞式 I/O 模型，当一个线程执行 read() 或 write() 操作时，该线程会被阻塞，直到有数据可读或可写。在处理多个客户端连接时，每个客户端连接都需要一个独立的线程来处理 I/O 操作。如果有大量客户端连接，就需要创建大量线程，这会导致线程资源耗尽。例如，在一个简单的服务器端应用中，为每个客户端连接创建一个新线程，当客户端连接数达到数千甚至上万时，系统的线程资源将不堪重负。
• 线程上下文切换开销：大量线程会增加 CPU 的线程上下文切换开销。因为 CPU 在多个线程间频繁切换，会消耗大量时间在保存和恢复线程的运行环境上，从而降低了实际用于处理业务逻辑的时间，严重影响系统性能。

2. 对系统资源的影响

• 内存消耗：每个线程都需要占用一定的内存空间来保存其运行状态和栈信息等。随着客户端连接数增加，创建的线程增多，内存消耗也会急剧上升。假设每个线程占用几百 KB 的内存，当有大量客户端连接时，内存可能很快被耗尽，导致系统性能下降甚至崩溃。
• 文件描述符限制：操作系统对每个进程能够打开的文件描述符数量是有限制的。在 BIO 模型中，每个客户端连接都会占用一个文件描述符。当客户端连接数过多，达到系统文件描述符限制时，新的客户端连接将无法建立。