NIO相关基础篇二

Posted 2020-10-18 匠心零度

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了NIO相关基础篇二相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

转载请注明原创出处，谢谢！

上篇NIO相关基础篇一，主要介绍了一些基本的概念以及缓冲区（Buffer）和通道（Channel），本篇继续NIO相关话题内容，主要就是文件锁、以及比较关键的Selector，后续还会继续有一到二篇左右与NIO内容相关。

文件锁（FileLock）

在看RocketMQ源码中，发现有关于文件锁的import，但是具体使用代码里面注释调了[回头看看为什么，理解下，到时候会在某篇文章里进行说明]（实现一个事情的方法很多，所以不一定就一种），但是为了知识的完整性，还是准备讲下文件锁，可能以后或者那个地方可以使用，或者大家在那里使用到都可以继续留言讨论。

文件锁和其他我们了解并发里面的锁很多概念类似，当多个人同时操作一个文件的时候，只有第一个人可以进行编辑，其他要么关闭（等第一个人操作完成之后可以操作），要么以只读的方式进行打开。

在java nio中提供了新的锁文件功能，当一个线程将文件锁定之后，其他线程无法操作此文件，文件的锁操作是使用FileLock类来进行完成的，此类对象需要依赖FileChannel进行实例化。

文件锁方式：

共享锁：允许多个线程进行文件读取。
独占锁：只允许一个线程进行文件的读写操作。

备注：文件锁定以整个 Java 虚拟机来保持。但它们不适用于控制同一虚拟机内多个线程对文件的访问。
多个并发线程可安全地使用文件锁定对象。

Java文件依赖FileChannel的主要涉及如下4个方法：

方法	说明
lock()	获取对此通道的文件的独占锁定。
lock(long position, long size, boolean shared)	获取此通道的文件给定区域上的锁定。
tryLock() throws IOException	试图获取对此通道的文件的独占锁定。
tryLock(long position, long size, boolean shared) throws IOException	试图获取对此通道的文件给定区域的锁定。
无	lock()等同于lock(0L, Long.MAX_VALUE, false)
无	tryLock()等同于tryLock(0L, Long.MAX_VALUE, false)

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lock()和tryLock()的区别：

lock()阻塞的方法，锁定范围可以随着文件的增大而增加。无参lock()默认为独占锁；有参lock(0L, Long.MAX_VALUE, true)为共享锁。
tryLock()非阻塞,当未获得锁时,返回null。无参tryLock()默认为独占锁；有参tryLock(0L, Long.MAX_VALUE, true)为共享锁。

简单实例代码：

File file = new File("d:" + File.separator + "test.txt") ;
FileOutputStream output = null ;
FileChannel fout = null ;
try {
    output = new FileOutputStream(file,true) ;
    fout = output.getChannel() ;// 得到通道
    FileLock lock = fout.tryLock() ; // 进行独占锁的操作
    if(lock!=null){
    System.out.println(file.getName() + "文件锁定") ;
    Thread.sleep(5000) ;
    lock.release() ;    // 释放
    System.out.println(file.getName() + "文件解除锁定。") ;
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
} catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
} finally {
    if(fout!=null){
    try {
        fout.close();
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    }
    if(output!=null){
    try {
        output.close();
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    }
}

运行结果：
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说明：目前也很少接触到关于文件锁的灵活运用，RocketMQ那块代码给注释了，如果那我了解，欢迎留言讨论。

Selector

说明：

FileChannel是可读可写的Channel，它必须阻塞，不能用在非阻塞模式中。

SocketChannel与FileChannel不同：新的Socket Channel能在非阻塞模式下运行并且是可选择的。不再需要为每个socket连接指派线程了。使用新的NIO类，一个或多个线程能管理成百上千个活动的socket连接，使用Selector对象可以选择可用的Socket Channel。

以前的Socket程序是阻塞的，服务器必须始终等待客户端的连接，而NIO可以通过Selector完成非阻塞操作。

备注：其实NIO主要的功能是解决服务端的通讯性能。
上篇NIO相关基础篇一的知识，马上这块也是需要使用到的。

Selector一些主要方法：

方法	说明
open()	打开一个选择器。
select()	选择一组键，其相应的通道已为 I/O 操作准备就绪。
selectedKeys()	返回此选择器的已选择键集。

SelectionKey的四个重要常量：

字段	说明
OP_ACCEPT	用于套接字接受操作的操作集位。
OP_CONNECT	用于套接字连接操作的操作集位。
OP_READ	用于读取操作的操作集位。
OP_WRITE	用于写入操作的操作集位。

说明：其实四个常量就是Selector监听SocketChannel四种不同类型的事件。

如果你对不止一种事件感兴趣，那么可以用"位或"操作符将常量连接起来，如下：
int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;

NIO 简单实例代码

服务端代码：

int port = 8000;
// 通过open()方法找到Selector
Selector selector = Selector.open();
// 打开服务器的通道
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
// 服务器配置为非阻塞
serverSocketChannel.configureBlocking(false);
ServerSocket serverSocket = serverSocketChannel.socket();
InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(port);
// 进行服务的绑定
serverSocket.bind(address);
// 注册到selector，等待连接
serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
System.out.println("服务器运行，端口：" + 8000);

// 数据缓冲区
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);

while (true) {
if ((selector.select()) > 0) { // 选择一组键，并且相应的通道已经准备就绪
    Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();// 取出全部生成的key
    Iterator<SelectionKey> iter = selectedKeys.iterator();
    while (iter.hasNext()) {
        SelectionKey key = iter.next(); // 取出每一个key
        if (key.isAcceptable()) {
            ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel();
            // 接收新连接 和BIO写法类是都是accept
            SocketChannel client = server.accept();
            // 配置为非阻塞
            client.configureBlocking(false);
            byteBuffer.clear();
            // 向缓冲区中设置内容
            byteBuffer.put(("当前的时间为：" + new Date()).getBytes());
            byteBuffer.flip();
            // 输出内容
            client.write(byteBuffer);
            client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
        } else if (key.isReadable() && key.isValid()) {
            SocketChannel client = (SocketChannel) key.channel();
            byteBuffer.clear();
            // 读取内容到缓冲区中
            int readSize = client.read(byteBuffer);
            if (readSize > 0) {
                System.out.println("服务器端接受客户端数据:" + new String(byteBuffer.array(), 0, readSize));
                client.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE);
            }
        } else if (key.isWritable() && key.isValid()) {
            SocketChannel client = (SocketChannel) key.channel();
            byteBuffer.clear();
            // 向缓冲区中设置内容
            byteBuffer.put(("欢迎关注匠心零度，已经收到您的反馈，会第一时间回复您。感谢支持！！！").getBytes());
            byteBuffer.flip();
            // 输出内容
            client.write(byteBuffer);
            client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
        }
    }
    selectedKeys.clear(); // 清楚全部的key
}
}

客户端代码：

// 打开socket通道
SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
// 设置为非阻塞方式
socketChannel.configureBlocking(false);
// 通过open()方法找到Selector
Selector selector = Selector.open();
// 注册连接服务端socket动作
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT);
// 连接
socketChannel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8000));

/* 数据缓冲区 */
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);

while (true) {
if ((selector.select()) > 0) { // 选择一组键，并且相应的通道已经准备就绪
    Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();// 取出全部生成的key
    Iterator<SelectionKey> iter = selectedKeys.iterator();
    while (iter.hasNext()) {
        SelectionKey key = iter.next(); // 取出每一个key
        if (key.isConnectable()) {
            SocketChannel client = (SocketChannel) key.channel();
            if (client.isConnectionPending()) {
                client.finishConnect();
                byteBuffer.clear();
                // 向缓冲区中设置内容
                byteBuffer.put(("isConnect,当前的时间为：" + new Date()).getBytes());
                byteBuffer.flip();
                // 输出内容
                client.write(byteBuffer);
            }
            client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
        } else if (key.isReadable() && key.isValid()) {
            SocketChannel client = (SocketChannel) key.channel();
            byteBuffer.clear();
            // 读取内容到缓冲区中
            int readSize = client.read(byteBuffer);
            if (readSize > 0) {
                System.out.println("客户端接受服务器端数据:" + new String(byteBuffer.array(), 0, readSize));
                client.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE);
            }
        } else if (key.isWritable() && key.isValid()) {
            SocketChannel client = (SocketChannel) key.channel();
            byteBuffer.clear();
            // 向缓冲区中设置内容
            byteBuffer.put(("nio文章学习很多！").getBytes());
            byteBuffer.flip();
            // 输出内容
            client.write(byteBuffer);
            client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
        }
    }
    selectedKeys.clear(); // 清楚全部的key
}
}

程序运行结果截图：

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说明：上面仅仅是一个demo，其实使用nio开发复杂度很高的，需要考虑：链路的有效性校验机制（安全认证、半包和粘包等）、链路的断连重连机制（网络闪断重连）、可靠性设计（心跳检测，消息重发、黑白名单）以及可扩展性的考虑等等，这些都是很复杂，那里搞不好就容易出错，看netty 权威指南的时候记得作者他们那个时候还没有netty，经常出现一些莫名问题需要进行解决，而很多问题netty已经帮我们解决了，所以有必要好好看看netty了（目前作者也在看netty权威指南，唯一不爽的时候，里面大量代码，习惯用工具查看代码（编辑器查看代码变色，可以跳转等），求netty权威指南代码地址，看书里面代码特别变扭！，谢谢）

简单聊几句AIO

虽然NIO在网络操作中提供了非阻塞方法，但是NIO的IO行为还是同步的，对于NIO来说，我们的业务线程是在IO操作准备好时，才得到通知，接着就有这个线程自行完成IO操作，但是IO操作的本身其实还是同步的。

AIO是异步IO的缩写，相对与NIO来说又进了一步，它不是在IO准备好时再通知线程，而是在IO操作完成后在通知线程，所以AIO是完全不阻塞的，我们的业务逻辑看起来就像一个回调函数了。

备注：AIO就是简单提提，NIO还没有搞明白，后续还有一到二篇左右与NIO内容相关，主要谈谈一些select、poll、epoll、零拷贝等一些内容，如果有关零拷贝比较好的资料，欢迎在留言区进行留言，让零度也学习下，系统的了解下，谢谢！！！

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