java核心技术-NIO

Posted 2021-01-23

tags:

篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了java核心技术-NIO相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

1、reactor（反应器）模式

　　使用单线程模拟多线程，提高资源利用率和程序的效率，增加系统吞吐量。下面例子比较形象的说明了什么是反应器模式：

　　一个老板经营一个饭店，

　　传统模式 - 来一个客人安排一个服务员招呼，客人很满意；（相当于一个连接一个线程）

　　后来客人越来越多，需要的服务员越来越多，资源条件不足以再请更多的服务员了，传统模式已经不能满足需求。老板之所以为老板自然有过人之处，老板发现，服务员在为客人服务时，当客人点菜的时候，服务员基本处于等待状态，（阻塞线程，不做事）。

　　于是乎就让服务员在客人点菜的时候，去为其他客人服务，当客人菜点好后再招呼服务员即可。 --反应器（reactor）模式诞生了

　　饭店的生意红红火火，几个服务员就足以支撑大量的客流量，老板用有限的资源赚了更多的money~~~~^_^

　通道：类似于流，但是可以异步读写数据（流只能同步读写），通道是双向的，（流是单向的），通道的数据总是要先读到一个buffer 或者从一个buffer写入，即通道与buffer进行数据交互。

通道类型：　　

FileChannel：从文件中读写数据。　　
DatagramChannel：能通过UDP读写网络中的数据。　　
SocketChannel：能通过TCP读写网络中的数据。　　
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。　　
　-　FileChannel比较特殊，它可以与通道进行数据交互，不能切换到非阻塞模式，套接字通道可以切换到非阻塞模式；

缓冲区 - 本质上是一块可以存储数据的内存，被封装成了buffer对象而已！

缓冲区类型：

ByteBuffer　　
MappedByteBuffer　　
CharBuffer　　
DoubleBuffer　　
FloatBuffer　　
IntBuffer　　
LongBuffer　　
ShortBuffer　　
常用方法：

allocate() - 分配一块缓冲区　　
put() - 向缓冲区写数据
get() - 向缓冲区读数据　　
filp() - 将缓冲区从写模式切换到读模式　　
clear() - 从读模式切换到写模式，不会清空数据，但后续写数据会覆盖原来的数据，即使有部分数据没有读，也会被遗忘；　　
compact() - 从读数据切换到写模式，数据不会被清空，会将所有未读的数据copy到缓冲区头部，后续写数据不会覆盖，而是在这些数据之后写数据
mark() - 对position做出标记，配合reset使用
reset() - 将position置为标记值　　　　
缓冲区的一些属性：

capacity - 缓冲区大小，无论是读模式还是写模式，此属性值不会变；
position - 写数据时，position表示当前写的位置，每写一个数据，会向下移动一个数据单元，初始为0；最大为capacity - 1，切换到读模式时，position会被置为0，表示当前读的位置

limit - 写模式下，limit 相当于capacity 表示最多可以写多少数据，切换到读模式时，limit 等于原先的position，表示最多可以读多少数据。

非直接缓冲区：通过allocate() 方法分配缓冲区,将缓冲区建立在JVM内存中

直接缓冲区：通过allocateDirect() 方法直接缓冲区将缓冲区建立在物理内存中

2.1 关于缓冲区各个属性的测试

    String str = "abcde";

    //1. 分配一个指定大小的缓冲区
    ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);

    System.out.println("--------------allocate()----------------");
    System.out.println(buf.position());//0
    System.out.println(buf.limit());//1024
    System.out.println(buf.capacity());//1024

    //2. 利用put存入数据到缓冲区中去
    buf.put(str.getBytes());

    System.out.println("----------------put()-------------------");
    System.out.println(buf.position());//5
    System.out.println(buf.limit());//1024
    System.out.println(buf.capacity());//1024

    //3. 切换到读取模式
    buf.flip();

    System.out.println("----------------flip()------------------");
    System.out.println(buf.position());//0
    System.out.println(buf.limit());//5
    System.out.println(buf.capacity());//1024

    //4. 利用get() 读取缓冲区中的数据
    byte[] dst = new byte[buf.limit()];
    buf.get(dst);
    System.out.println(new String(dst,0,dst.length));

    System.out.println("----------------get()------------------");
    System.out.println(buf.position());//5
    System.out.println(buf.limit());//5
    System.out.println(buf.capacity());//1024

    //5.可重复读
    buf.rewind();

    System.out.println("----------------rewind()------------------");
    System.out.println(buf.position());//0
    System.out.println(buf.limit());//5
    System.out.println(buf.capacity());//1024

    //6.clear(): 清空缓冲区, 但是缓冲区的数据依然存在, 但是处于被遗忘的状态
    buf.clear();

    System.out.println("----------------clear()-------------------");
    System.out.println(buf.position());//0
    System.out.println(buf.limit());//1024
    System.out.println(buf.capacity());//1024

    byte[] newByte = new byte[buf.limit()];
    buf.get(newByte);
    System.out.println(new String(newByte,0,newByte.length));

2.2 关于通道的使用

1.利用通道进行文件的复制非直接缓冲区

    FileInputStream fis = null;
    FileOutputStream fos = null;
    FileChannel inChannel = null;
    FileChannel outChannel = null;
    try {
        fis = new FileInputStream("1.jpg");
        fos = new FileOutputStream("2.jpg");

        // ①获取通道
        inChannel = fis.getChannel();
        outChannel = fos.getChannel();

        // ②将通道中的数据存入缓冲区
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);

        // 将通道中的数据存入缓冲区
        while (inChannel.read(byteBuffer) != -1) {
            byteBuffer.flip(); // 切换读取数据的模式
            outChannel.write(byteBuffer);
            byteBuffer.clear();
        }

    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    } finally {
        if (inChannel != null) {
            try {
                inChannel.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        if (outChannel != null) {
            try {
                outChannel.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        if (fis != null) {
            try {
                fis.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        if (fos != null) {
            try {
                fos.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }

2.通道之间的传输

CREATE_NEW：如果文件不存在就创建，存在就报错

CREATE：如果文件不存在就创建，存在创建(覆盖)

    FileChannel inChannel = null;
    FileChannel outChannel = null;
    try {
        inChannel = FileChannel.open(Paths.get("hello.txt"), StandardOpenOption.READ);
        outChannel = FileChannel.open(Paths.get("hello2.txt"), StandardOpenOption.READ,StandardOpenOption.WRITE,StandardOpenOption.CREATE_NEW);

        inChannel.transferTo(0, inChannel.size(), outChannel);
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    }  finally {

        if(inChannel != null){
            try {
                inChannel.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        if(outChannel != null){
            try {
                outChannel.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

使用直接缓冲区完成内存文件的复制

FileChannel inChannel = null;
FileChannel outChannel = null;
try {
    inChannel = FileChannel.open(Paths.get("1.jpg"), StandardOpenOption.READ);
    outChannel = FileChannel.open(Paths.get("x.jpg"), StandardOpenOption.READ,StandardOpenOption.WRITE,StandardOpenOption.CREATE_NEW);

    MappedByteBuffer inMappedBuffer = inChannel.map(MapMode.READ_ONLY, 0, inChannel.size());
    MappedByteBuffer outMappedBuffer = outChannel.map(MapMode.READ_WRITE, 0, inChannel.size());

    System.out.println(inMappedBuffer.limit());
    byte[] b = new byte[inMappedBuffer.limit()];;
    inMappedBuffer.get(b);
    outMappedBuffer.put(b);

} catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
} finally {

    if(inChannel != null){
        try {
            inChannel.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    if(outChannel != null){
        try {
            outChannel.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

2.3 重点 NIO-非阻塞IO

个人认为 NIO 最难的两点一个是对于选择器和选择键的理解其次是对于网络通信模型的理解

本章内容以防过长只讲解 NIO 的使用方法上述两点参看下回分解

阻塞IO示例：

//客户端
@Test
public void client() throws IOException{
    SocketChannel sChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 9898));

    FileChannel inChannel = FileChannel.open(Paths.get("1.jpg"), StandardOpenOption.READ);

    ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);

    while(inChannel.read(buf) != -1){
        buf.flip();
        sChannel.write(buf);
        buf.clear();
    }

    sChannel.shutdownOutput();

    //接收服务端的反馈
    int len = 0;
    while((len = sChannel.read(buf)) != -1){
        buf.flip();
        System.out.println(new String(buf.array(), 0, len));
        buf.clear();
    }

    inChannel.close();
    sChannel.close();
}

//服务端
@Test
public void server() throws IOException{
    ServerSocketChannel ssChannel = ServerSocketChannel.open();

    FileChannel outChannel = FileChannel.open(Paths.get("2.jpg"), StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.CREATE);

    ssChannel.bind(new InetSocketAddress(9898));

    SocketChannel sChannel = ssChannel.accept();

    ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);

    while(sChannel.read(buf) != -1){
        buf.flip();
        outChannel.write(buf);
        buf.clear();
    }

    //发送反馈给客户端
    buf.put("服务端接收数据成功".getBytes());
    buf.flip();
    sChannel.write(buf);

    sChannel.close();
    outChannel.close();
    ssChannel.close();
}

非阻塞IO示例-TCP:

//客户端br/>@Test
public void client() throws IOException{
//1. 获取通道
SocketChannel sChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 9898));

    //2. 切换非阻塞模式
    sChannel.configureBlocking(false);

    //3. 分配指定大小的缓冲区
    ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);

    //4. 发送数据给服务端
    Scanner scan = new Scanner(System.in);

    while(scan.hasNext()){
        String str = scan.next();
        buf.put((new Date().toString() + "
" + str).getBytes());
        buf.flip();
        sChannel.write(buf);
        buf.clear();
    }

    //5. 关闭通道
    sChannel.close();
}

//服务端
@Test
public void server() throws IOException{
    //1. 获取通道
    ServerSocketChannel ssChannel = ServerSocketChannel.open();

    //2. 切换非阻塞模式
    ssChannel.configureBlocking(false);

    //3. 绑定连接
    ssChannel.bind(new InetSocketAddress(9898));

    //4. 获取选择器
    Selector selector = Selector.open();

    //5. 将通道注册到选择器上, 并且指定“监听接收事件”
    ssChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

    //6. 轮询式的获取选择器上已经“准备就绪”的事件
    while(selector.select() > 0){

        //7. 获取当前选择器中所有注册的“选择键(已就绪的监听事件)”
        Iterator<SelectionKey> it = selector.selectedKeys().iterator();

        while(it.hasNext()){
            //8. 获取准备“就绪”的是事件
            SelectionKey sk = it.next();

            //9. 判断具体是什么事件准备就绪
            if(sk.isAcceptable()){
                //10. 若“接收就绪”，获取客户端连接
                SocketChannel sChannel = ssChannel.accept();

                //11. 切换非阻塞模式
                sChannel.configureBlocking(false);

                //12. 将该通道注册到选择器上
                sChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
            }else if(sk.isReadable()){
                //13. 获取当前选择器上“读就绪”状态的通道
                SocketChannel sChannel = (SocketChannel) sk.channel();

                //14. 读取数据
                ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);

                int len = 0;
                while((len = sChannel.read(buf)) > 0 ){
                    buf.flip();
                    System.out.println(new String(buf.array(), 0, len));
                    buf.clear();
                }
            }

            //15. 取消选择键 SelectionKey
            it.remove();
        }
    }
}

非阻塞IO示例-UDP:

@Test
public void send() throws IOException{
    DatagramChannel dc = DatagramChannel.open();

    dc.configureBlocking(false);

    ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);

    Scanner scan = new Scanner(System.in);

    while(scan.hasNext()){
        String str = scan.next();
        buf.put((new Date().toString() + ":
" + str).getBytes());
        buf.flip();
        dc.send(buf, new InetSocketAddress("127.0.0.1", 9898));
        buf.clear();
    }

    dc.close();
}

@Test
public void receive() throws IOException{
    DatagramChannel dc = DatagramChannel.open();

    dc.configureBlocking(false);

    dc.bind(new InetSocketAddress(9898));

    Selector selector = Selector.open();

    dc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

    while(selector.select() > 0){
        Iterator<SelectionKey> it = selector.selectedKeys().iterator();

        while(it.hasNext()){
            SelectionKey sk = it.next();

            if(sk.isReadable()){
                ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);

                dc.receive(buf);
                buf.flip();
                System.out.println(new String(buf.array(), 0, buf.limit()));
                buf.clear();
            }
        }

        it.rem    欢迎工作一到五年的Java工程师朋友们加入Java群： 891219277

群内提供免费的Java架构学习资料（里面有高可用、高并发、高性能及分布式、Jvm性能调优、Spring源码，MyBatis，Netty,Redis,Kafka,mysql,Zookeeper,Tomcat,Docker,Dubbo,nginx等多个知识点的架构资料）合理利用自己每一分每一秒的时间来学习提升自己，不要再用"没有时间“来掩饰自己思想上的懒惰！趁年轻，使劲拼，给未来的自己一个交代！

以上是关于java核心技术-NIO的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

java核心技术-NIO

死磕NIO— 探索 SocketChannel 的核心原理

攻破JAVA NIO技术壁垒

Java.nio：最简洁的递归目录删除