Java NIO（New IO）

Posted 2020-12-09 walterlee

前言

在开始正文前，先来看几个概念

1. 同步异步：同步异步描述的是用户进程和内核进行的交互。同步是用户进程发起 IO 操作后需要等待或轮询内核，等内核 IO 操作完成后才能继续。异步是发起 IO 操作后，可以继续操作，等内核 IO 操作完成是会通知用户进程。
2. 阻塞和非阻塞：阻塞和非阻塞描述的是用户线程调用内核IO操作的方式：阻塞是指IO操作需要彻底完成后才返回到用户空间；而非阻塞是指IO操作被调用后立即返回给用户一个状态值，无需等到IO操作彻底完成。

Java 中 NIO 和传统 IO 的区别：

io	nio
面向Stream	面向Buffer
阻塞 IO	非阻塞，多路复用

多路复用

非阻塞 IO 中需要用户线程在每个IO通路上，各自不断轮询IO状态，来判断是否有可处理的数据。如果把一个连接的可读可写事件剥离出来，使用单独的线程来对其进行管理。多个IO通路都复用这个管理器来管理socket状态，这个叫I/O多路复用。

Linux 对多路复用的支持

1. select

下面是 Linux man 手册上对 select 的描述。

NAME         
        select,  pselect, FD_CLR, FD_ISSET,FD_SET, 
        FD_ZERO - synchronous I/O multiplexing

DESCRIPTION       
       select() allows a program to monitor multiple file descriptors,
       waiting until one or more of the file descriptors become "ready" for
       some class of I/O operation (e.g., input possible).  A file
       descriptor is considered ready if it is possible to perform a
       corresponding I/O operation (e.g., read(2), or a sufficiently small
       write(2)) without blocking.

       select() can monitor only file descriptors numbers that are less than
       FD_SETSIZE; poll(2) and epoll(7) do not have this limitation.  See
       BUGS.

select 对监听的数量有限制

2. poll

poll 与 select 没区别，采用了链表实现，没有数量限制。

3. epoll

select 和 poll 都是遍历文件描述符，epoll 是通过监听回调的机制处理。

Java NIO

Java NIO 由以下几个核心部分组成：

• Channels
• Buffers
• Selectors

下面看下简单的概念，原理暂不展开。

1. Channel

定义参见下方截取的 Java 注释。比传统的 IO 抽象层次更高。

/**
 * A nexus for I/O operations.
 *
 * <p> A channel represents an open connection to an entity such as a hardware
 * device, a file, a network socket, or a program component that is capable of
 * performing one or more distinct I/O operations, for example reading or
 * writing.
  */

2. Buffer

下面是 Java 类注释的部分描述。

/**
 * A container for data of a specific primitive type.
 */

3. Selector

就是上文提到的“多路复用”。

Reference

1. Redis的epoll模型
2. Linux man