java BIO/NIO

Posted 2020-10-10 beggar_1982

 

一、BIO

Blocking IO（即阻塞IO）;

1.      特点：

a)   Socket服务端在监听过程中每次accept到一个客户端的Socket连接，就要处理这个请求，而此时其他连接过来的客户端只能阻塞等待；

b)   多线程处理多个连接,每个线程拥有自己的栈空间并且占用一些 CPU 时间。每个线程遇到外部未准备好的时候，都会阻塞掉。阻塞的结果就是会带来大量的线程上下文切换。且大部分线程上下文切换可能是无意义的。比如假设一个线程监听一个端口，一天只会有几次请求进来，但是该 cpu 不得不为该线程不断做上下文切换尝试，大部分的切换以阻塞告终。

2.      流程：

 

二、 NIO

Java New IO（即非阻塞IO ）

1.      特点：

a)   由一个专门的线程来处理所有的 IO 事件，并负责分发。

b)   事件驱动机制：事件到的时候触发，而不是同步的去监视事件。

c)   线程通讯：线程之间通过 wait,notify 等方式通讯。保证每次上下文切换都是有意义的。减少无谓的进程切换。

2.      示例：

服务器端：

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();

serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));

while(true){

    SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();

    //do something with socketChannel...

}

 

客户端：

SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();

socketChannel.connect(new InetSocketAddress("http://jenkov.com", 80));

 

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

int bytesRead = socketChannel.read(buf);

 

String newData = "New String to write to file";

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

buf.clear();

buf.put(newData.getBytes());

buf.flip();

while(buf.hasRemaining()) {

    channel.write(buf);

}

3.      Channels（通道）:

 

 

重要实现类：

1)   FileChannel：从文件中读写数据。

2)   DatagramChannel：能通过UDP读写网络中的数据。

3)   SocketChannel：能通过TCP读写网络中的数据。

4)   ServerSocketChannel：可以监听新进来的TCP连接，像Web服务器那样。对每一个新进来的连接都会创建一个SocketChannel。

 

 

重要方法：

Read(buf)：从通道中读出数据到buf中；

Write(buf)：将buf中的数据写入到通道中；

其中FileChanel提供了Map方法，返回一个MappedByteBuffer对象，代表内存映射文件IO，它可以比常规的基于流或者基于通道的I/O快的多。内存映射文件I/O是通过使文件中的数据出现为 内存数组的内容来完成的。

4.      Buffers（缓冲区）:

本质上是一块可以写入数据，然后可以从中读取数据的内存。用于和NIO通道进行交互(数据是从通道读入缓冲区，从缓冲区写入到通道中的)；

继承关系：

 

 

重要属性：

序号	名称	属性功能	说明
1	capacity	缓冲区大小	缓冲内存区域总的字节大小；
2	limit	实际数据大小	读模式时， limit表示你最多能读到多少数据；写模式下，表示你最多能往Buffer里写多少数据；写模式下，limit等于Buffer的capacity。
3	position	当前位置	表示当前的位置。初始的position值为0，position最大可为capacity–1；

 

 

 

 

 

 

 

重要方法：

序号	方法名	方法功能	说明
1	Flip	切换到读模式	用于从写模式切换到读模式时调用的一个方法，表示最多能读取到多少内容； 具体实现为: 将position设回0，并将limit设置成之前position的值；
2	rewind	重读Buffer中的所有数据；	将position设回0，limit保持不变，仍然表示能从Buffer中读取多少数据；
3	Clear compact	清空缓冲区	limit用于将整个缓冲区全部清空，而compact用于在缓冲区还有部分未读完的数据时，将未读完的数据拷贝到缓冲区最前面，将其余部分全部清空； limit和compact在清除缓冲区时都是修改的指针，使得往缓冲区里面写入数据时能覆盖，并不会真正清空缓冲区里面的内容；
4	Mark reset	标记 恢复标记	mark()方法标记Buffer中的一个特定position。通过调用reset()方法恢复这个position；
5	Equals compareTo	判断是否相等 比较大小	equals相等的条件： 1.有相同的类型（byte、char、int等）。 2.Buffer中剩余的byte、char等的个数相等。 3.Buffer中所有剩余的byte、char等都相同。 compareTo：判断Buffer A小于Buffer B的条件: 1.第一个不相等的元素小于另一个Buffer中对应的元素 。 2.所有元素都相等，但第一个Buffer比另一个先耗尽(第一个Buffer的元素个数比另一个少)。 备注：剩余元素是从 position到limit之间的元素
6	slice	缓冲区分片	根据现有的缓冲区对象来创建一个子缓冲区，即在现有缓冲区上切出一片来作为一个新的缓冲区，但现有的缓冲区与创建的子缓冲区在底层数组层面上是数据共享的，也就是说，子缓冲区相当于是现有缓冲区的一个视图窗口
7	asReadOnlyBuffer	创建只读缓冲区	这个方法返回一个与原缓冲区完全相同的缓冲区，并与原缓冲区共享数据，只不过它是只读的。如果原缓冲区的内容发生了变化，只读缓冲区的内容也随之发生变化；
8	allocateDirect	直接缓冲区	给定一个直接字节缓冲区，Java虚拟机将尽最大努 力直接对它执行本机I/O操作。也就是说，它会在每一次调用底层操作系统的本机I/O操作之前(或之后)，尝试避免将缓冲区的内容拷贝到一个中间缓冲区中 或者从一个中间缓冲区中拷贝数据。

 

5.      Selectors（选择器）:

选择器用于监听多个通道的事件（比如：连接打开，数据到达）。因此，单个的线程可以监听多个数据通道。

要使用Selector，得向Selector注册Channel，然后调用它的select()方法，接下来就等待事件就绪并处理事件；

 

 

使用事项：

1)   与Selector一起使用时，Channel必须处于非阻塞模式下。这意味着不能将FileChannel与Selector一起使用，因为FileChannel不能切换到非阻塞模式。而套接字通道都可以。

2)   选择器监听的事件集合有：SelectionKey.OP_CONNECT, SelectionKey.OP_ACCEPT, SelectionKey.OP_READ, SelectionKey.OP_WRITE；

3)   从SelectionKey中分离出事件的方法：

int interestSet = selectionKey.interestOps();

boolean isInterestedInAccept=(interestSet & SelectionKey.OP_ACCEPT) == SelectionKey.OP_ACCEPT；

boolean isInterestedInConnect = (interestSet & SelectionKey.OP_CONNECT) == SelectionKey.OP_CONNECT;

boolean isInterestedInRead = (interestSet & SelectionKey.OP_READ) == SelectionKey.OP_READ;

boolean isInterestedInWrite = (interestSet & SelectionKey.OP_WRITE) == SelectionKey.OP_WRITE;

 

同样SelectionKey中也封装了上面的方法：

selectionKey.isAcceptable();

selectionKey.isConnectable();

selectionKey.isReadable();

selectionKey.isWritable();

使用流程：