Netty-NIO 详解、说明、优缺

Liunx IO模型

1、阻塞IO模型

2、非阻塞IO模型

3、IO复用

4、信号驱动式IO

5、异步IO

Liunx IO流程

等待数据准备好

从内核向进程复制数据

阻塞IO模式

非阻塞式IO模型

复用IO模型

信号驱动式I/O模型

异步I/O模型

各种I/O模型的比较

同步、异步

同步I/O操作：导致请求进程阻塞，直到I/O操作完成。

异步I/O操作：不导致请求进程阻塞。

Blocking I/O

package demo07;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class NnServer {
    private int port;

    public NnServer(int port) {
        this.port = port;
    }

    public void startServer() {
        ServerSocket echoServer = null;
        int i = 0;
        System.out.println("服务器在端口[" + this.port + "]等待客户请求......");
        try {
            echoServer = new ServerSocket(this.port);
            while (true) {
                Socket clientRequest = echoServer.accept();
                handleRequest(clientRequest, i++);
            }
        } catch (IOException e) {
            System.out.println(e);
        }
    }

    private void handleRequest(Socket clientSocket, int clientNo) {
        PrintStream os = null;
        BufferedReader in = null;
        try {
            in = new BufferedReader(new InputStreamReader(clientSocket.getInputStream()));
            os = new PrintStream(clientSocket.getOutputStream());
            String inputLine;
            while ((inputLine = in.readLine()) != null) {

                // 输入'Quit'退出
                if (inputLine.equals("Quit")) {
                    System.out.println("关闭与客户端[" + clientNo + "]......" + clientNo);
                    os.close();
                    in.close();
                    clientSocket.close();
                    break;
                } else {
                    System.out.println("来自客户端[" + clientNo + "]的输入： [" + inputLine + "]！");
                    os.println("来自服务器端的响应：" + inputLine);
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("Stream closed");
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        new NnServer(8080).startServer();
    }
}

package demo07;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;
import java.net.UnknownHostException;

public class EchoClient {
    public static void main(String[] args) {

        Socket echoSocket = null;
        PrintWriter out = null;
        BufferedReader in = null;

        try {

            echoSocket = new Socket("127.0.0.1", 8080);
            out = new PrintWriter(echoSocket.getOutputStream(), true);
            in = new BufferedReader(new InputStreamReader(
                    echoSocket.getInputStream()));
            System.out.println("连接到服务器......");
            System.out.println("请输入消息[输入\"Quit\"]退出：");
            BufferedReader stdIn = new BufferedReader(new InputStreamReader(
                    System.in));
            String userInput;

            while ((userInput = stdIn.readLine()) != null) {
                out.println(userInput);
                System.out.println(in.readLine());

                if (userInput.equals("Quit")) {
                    System.out.println("关闭客户端......");
                    out.close();
                    in.close();
                    stdIn.close();
                    echoSocket.close();
                    System.exit(1);
                }
                System.out.println("请输入消息[输入\"Quit\"]退出：");
            }
        } catch (UnknownHostException e) {
            System.err.println("Don't know about host: PallaviÕs MacBook Pro.");
            System.exit(1);
        } catch (IOException e) {
            System.err.println("Couldn't get I/O for "
                    + "the connection to: PallaviÕs MacBook Pro.");
            System.exit(1);
        }

    }

}

NIO

NIO = New I/O

NIO 1: JSR 51

JDK 1.4引入

http://jcp.org/en/jsr/detail?id=051

NIO 2: JSR203

JDK 7

http://jcp.org/en/jsr/detail?id=203

NIO

Buffers
Channels
Selectors

NIO 2.0

Update
New File System API
Asynchronous I/O

NIO Buffer

一个 Buffer 本质上是内存中的一块， 可以将数据写入这块内存， 从这块内存获取数据

java.nio 定义了以下几个 Buffer 的实现

Java NIO Buffer三大核心概念：position、limit、capacity
最好理解的当然是 capacity，它代表这个缓冲区的容量，一旦设定就不可以更改。比如 capacity 为 1024 的 IntBuffer，代表其一次可以存放 1024 个 int 类型的值。
一旦 Buffer 的容量达到 capacity，需要清空 Buffer，才能重新写入值。

从写操作模式到读操作模式切换的时候（flip），position 都会归零，这样就可以从头开始读写了。
写操作模式下，limit 代表的是最大能写入的数据，这个时候 limit 等于 capacity。
写结束后，切换到读模式，此时的 limit 等于 Buffer 中实际的数据大小，因为 Buffer 不一定被写满了。

java.nio.buffer,缓冲区抽象

ByteBuffer

理解capacity、limit、position、mark
0 – mark – position – limit – capacity

Direct ByteBuffer VS. non-direct ByteBuffer

Non-direct ByteBuffer

HeapByteBuffer,标准的java类
维护一份byte[]在JVM堆上
创建开销小

Direct ByteBuffer

底层存储在非JVM堆上,通过native代码操作
-XX:MaxDirectMemorySize=
创建开销大

Buffer创建

1、allocate/allocateDirect方法

2、wrap方法

Buffer读取

1、put/get方法
2、flip方法
3、mark/reset方法
4、compact方法
5、rewind/clear

Buffer复制 – 浅复制

1、duplicate方法

2、asReadOnlyBuffer方法

3、slice方法

Java NIO Channel
所有的 NIO 操作始于通道，通道是数据来源或数据写入的目的地，主要地， java.nio 包中主要实现的以下几个 Channel：

FileChannel：文件通道，用于文件的读和写
DatagramChannel：用于 UDP 连接的接收和发送
SocketChannel：把它理解为 TCP 连接通道，简单理解就是 TCP 客户端
ServerSocketChannel：TCP 对应的服务端，用于监听某个端口进来的请求

Java NIO Selector

Selector是Java NIO中的一个组件，用于检查一个或多个NIO Channel的状态是否处于可读、可写

如此可以实现单线程管理多个channels,也就是可以管理多个网络链接

java.nio.channels.Selector

支持IO多路复用的抽象实体

注册Seletable Channel

SelectionKey —— 表示Selector和被注册的channel之间关系,一份凭证

SelectionKey 保存channel感兴趣的事件

Selector.select 更新所有就绪的SelectionKey的状态,并返回就绪的channel个数

迭代Selected Key集合并处理就绪channel

创建Selector(Creating a Selector)

Selector selector = Selector.open();

注册Channel到Selector上(Registering Channels with the Selector)

channel.configureBlocking(false);
SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

register的第二个参数，这个参数是一个“关注集合”，代表关注的channel状态，
有四种基础类型可供监听, 用SelectionKey中的常量表示如下：

SelectionKey.OP_CONNECT
SelectionKey.OP_ACCEPT
SelectionKey.OP_READ
SelectionKey.OP_WRITE

从Selector中选择channel(Selecting Channels via a Selector)

一旦向Selector注册了一个或多个channel后，就可以调用select来获取channel
select方法会返回所有处于就绪状态的channel
select方法具体如下：

int select()
int select(long timeout)
int selectNow()

select()方法的返回值是一个int，代表有多少channel处于就绪了。也就是自上一次select后有多少channel进入就绪。

selectedKeys()

在调用select并返回了有channel就绪之后，可以通过选中的key集合来获取channel，这个操作通过调用selectedKeys()方法：

Set selectedKeys = selector.selectedKeys();    

Set selectedKeys = selector.selectedKeys();

Iterator keyIterator = selectedKeys.iterator();

while(keyIterator.hasNext()) {

    SelectionKey key = keyIterator.next();

    if(key.isAcceptable()) {
        // a connection was accepted by a ServerSocketChannel.

    } else if (key.isConnectable()) {
        // a connection was established with a remote server.

    } else if (key.isReadable()) {
        // a channel is ready for reading

    } else if (key.isWritable()) {
        // a channel is ready for writing
    }

    keyIterator.remove();
}

NIO带来了什么

事件驱动模型

避免多线程
单线程处理多任务

非阻塞IO,IO读写不再阻塞,而是返回0

基于block的传输,通常比基于流的传输更高效

更高级的IO函数,zero-copy

IO多路复用大大提高了java网络应用的可伸缩性和实用性

使用NIO = 高性能

NIO不一定更快的场景

客户端应用
连接数<1000
并发程度不高
局域网环境下

NIO完全屏蔽了平台差异(Linux poll/select/epoll, FreeBSD Kqueue)

NIO仍然是基于各个OS平台的IO系统实现的,差异仍然存在

使用NIO做网络编程很容易

离散的事件驱动模型，编程困难
陷阱重重