java nio 可以做什么_什么是JAVA NIO

NIO(Non-Blocking I/O,java中,也称为New I/O),是一种同步非阻塞的I/O模型,也是I/O多路复用的基础,已经被越来越多地应用到大型应用服务器,是解决高并发、I/O处理问题的有效方式。

一、传统的BIO

BIO(Blocking I/O)即同步阻塞I/O,在NIO出现之前主要使用BIO及新建线程的方式来解决并发请求,但这样很容易因线程瓶颈而造成限制。下面是BIO的经典编程模型(主要代码):

{

ExecutorService executor = Excutors.newFixedThreadPollExecutor(100);//线程池

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket();

serverSocket.bind(8088);

while(!Thread.currentThread.isInturrupted()){//当前线程未中断

Socket socket = serverSocket.accept();

executor.submit(new ConnectIOnHandler(socket));//为新的连接创建新的线程

}

class ConnectIOnHandler extends Thread{

private Socket socket;

public ConnectIOnHandler(Socket socket){

this.socket = socket;

}

public void run(){

while(!Thread.currentThread.isInturrupted()&&!socket.isClosed()){死循环处理读写事件

String someThing = socket.read()....//读取数据

if(someThing!=null){

......//处理数据

socket.write()....//写数据

}

}

}

}

之所已使用多线程,因为accept()、read()、write()三个函数都是同步阻塞的,当一个连接存在的时候,系统是阻塞的,所以利用多线程让cpu处理更多的申请。多线程的本质:

利用cpu的多核特性

当I/O阻塞系统,但cpu空闲的时候,可以利用多线程使用cpu资源

现在的多线程一般都使用线程池,可以让线程的创建和回收成本相对较低。在活动连接数不是特别高(小于单机1000)的情况下,这种模型是比较不错的,可以让每一个连接专注于自己的I/O并且编程模型简单,也不用过多考虑系统的过载、限流等问题。线程池本身就是一个天然的漏斗,可以缓冲一些系统处理不了的连接或请求。但当处理百万级的连接时,使用这种模型肯定是不实际的,让cpu去创建这么多的线程是不可能的。

二、优秀的NIO

‘优秀’是当今很流行的一个词,可以十分恰当的形容NIO在java中的重要性。从JDK1.4开始,Java提供了一系列改进的输入/输出处理的新特性,被统称为NIO(即New I/O)。新增了许多用于处理输入输出的类,这些类都被放在java.nio包及子包下,并且对原java.io包中的很多类进行改写,新增了满足NIO的功能。NIO采用内存映射文件的方式来处理输入输出,NIO将文件或文件的一段区域映射到内存中,这样就可以像访问内存一样访问文件了。NIO与原来的IO有同样的作用和目的,但是使用的方式完全不同, NIO支持面向缓冲区(Buffer)的、基于通道(Channel)的IO操作。NIO将以更加高效的方式进行文件的读写操作。

NIO中的三个重要组件:

1. 缓冲区Buffer

缓冲区有直接缓冲区和非直接缓冲区之分(关于两者的区别可以看这里),它实际上也是一段内存空间。在NIO库中,所有数据都是用缓冲区处理的。在读取数据时,它是直接读到缓冲区中的; 在写入数据时,它也是写入到缓冲区中的。流程如下图:

2. 通道Channel

Channel(通道)表示到实体如硬件设备、文件、网络套接字或可以执行一个或多个不同I/O操作的程序组件的开放的连接。

Channel和传统IO中的Stream很相似。主要区别为:通道是双向的,通过一个Channel既可以进行读,也可以进行写;而Stream只能进行单向操作,通过一个Stream只能进行读或者写,比如InputStream只能进行读取操作,OutputStream只能进行写操作;通道是一个对象,通过它可以读取和写入数据,当然了所有数据都通过Buffer对象来处理。我们永远不会将字节直接写入通道中,相反是将数据写入包含一个或者多个字节的缓冲区。同样不会直接从通道中读取字节,而是将数据从通道读入缓冲区,再从缓冲区获取这个字节。

3.选择器Selector

Selector类是NIO的核心类,Selector(选择器)选择器提供了选择已经就绪的任务的能力。Selector会不断的轮询注册在上面的所有channel,如果某个channel为读写等事件做好准备,那么就处于就绪状态,通过Selector可以不断轮询发现出就绪的channel,进行后续的IO操作。一个Selector能够同时轮询多个channel。这样,一个单独的线程就可以管理多个channel,从而管理多个网络连接。这样就不用为每一个连接都创建一个线程,同时也避免了多线程之间上下文切换导致的开销。

与Selector有关的一个关键类是SelectionKey,一个SelectionKey表示一个到达的事件,这2个类构成了服务端处理业务的关键逻辑。关于SelectionKey的详细介绍可以参考这篇博文

三、NIO编程

客户端代码:

public class Client {

ByteBuffer writeBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);

ByteBuffer readBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);

public void start() throws IOException{

//打开socket通道

SocketChannel sc = SocketChannel.open();

sc.configureBlocking(false);

sc.connect(new InetSocketAddress("localhost",3400));

//创建选择器

Selector selector = Selector.open();

//将channel注册到selector中

sc.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT);

Scanner scanner = new Scanner(System.in);

while (true){

selector.select();

Set keys = selector.selectedKeys();

System.out.println("keys:"+keys.size());

Iterator iterator = keys.iterator();

while (iterator.hasNext()){

SelectionKey key = iterator.next();

iterator.remove();

//判断此通道上是否在进行连接操作

if (key.isConnectable()){

sc.finishConnect();

//注册写操作

sc.register(selector,SelectionKey.OP_WRITE);

System.out.println("server connected...");

break;

}else if (key.isWritable()){

System.out.println("please input message:");

String message = scanner.nextLine();

writeBuffer.clear();

writeBuffer.put(message.getBytes());

//将缓冲区各标志复位,因为向里面put了数据标志被改变要想从中读取数据发向服务器,就要复位

writeBuffer.flip();

sc.write(writeBuffer);

//注册写操作,每个chanel只能注册一个操作,最后注册的一个生效

//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

//int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;

//使用interest集合

sc.register(selector,SelectionKey.OP_WRITE | SelectionKey.OP_READ);

}else if(key.isReadable()){

System.out.print("receive message:");

SocketChannel client = (SocketChannel) key.channel();

//将缓冲区清空以备下次读取

readBuffer.clear();

int num = client.read(readBuffer);

System.out.println(new String(readBuffer.array(),0, num));

//注册写操作,下一次写

sc.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE);

}

}

}

}

public static void main(String[] args) throws Exception {

new Client().start();

}

}

服务器代码:

/**

* nio是面向缓冲区的

* bio是面向流的

* @author zmrwego

* @descreption

* @create 2018-10-15

**/

public class Server {

private Selector selector;

private ByteBuffer readBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);//调整缓冲区大小为1024字节

private ByteBuffer sendBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);

String str;

public void start() throws IOException{

//打开服务器套接字通道

ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();

ssc.configureBlocking(false); //服务器配置为非阻塞 即异步IO

ssc.bind(new InetSocketAddress(3400)); //绑定本地端口

//创建选择器

selector = Selector.open();

ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);//ssc注册到selector准备连接

//无限判断当前线程状态,如果没有中断,就一直执行while内容。

while(! Thread.currentThread().isInterrupted()){

selector.select(); //select()方法返回的值表示有多少个 Channel 可操作

Set keys = selector.selectedKeys();

Iterator keyIterator = keys.iterator();

while (keyIterator.hasNext()){//处理客户端连接

SelectionKey key = keyIterator.next();

if (!key.isValid()){

continue;

}

if (key.isAcceptable()){

accept(key);

}

if(key.isReadable()){

read(key);

}

if (key.isWritable()){

write(key);

}

keyIterator.remove(); //移除当前的key

}

}

}

private void read(SelectionKey key) throws IOException{

SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();

this.readBuffer.clear();//清除缓冲区,准备接受新数据

int numRead;

try{

numRead = socketChannel.read(this.readBuffer);

}catch (IOException e){

key.cancel();

socketChannel.close();

return;

}

str = new String(readBuffer.array(),0,numRead);

System.out.println(str);

socketChannel.register(selector,SelectionKey.OP_WRITE);

}

private void write(SelectionKey key) throws IOException, ClosedChannelException{

SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();

System.out.println("write:"+str);

sendBuffer.clear();

sendBuffer.put(str.getBytes());

sendBuffer.flip();//反转,由写变为读

channel.write(sendBuffer);

//注册读操作 下一次进行读

channel.register(selector,SelectionKey.OP_READ);

}

private void accept(SelectionKey key) throws IOException {

ServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel) key.channel();

SocketChannel clientChannel = ssc.accept();

clientChannel.configureBlocking(false);

clientChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

System.out.println("a new client connected "+clientChannel.getRemoteAddress());

}

public static void main(String[] args) throws Exception {

System.out.println("sever start...");

new Server().start();

}

}

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