目录:
一.java NIO 和阻塞I/O的区别
1. 阻塞I/O通信模型
2. java NIO原理及通信模型
二.java NIO服务端和客户端代码实现
一.java NIO 和阻塞I/O的区别
1. 阻塞I/O通信模型
假如现在你对阻塞I/O已有了一定了解,我们知道阻塞I/O在调用InputStream.read()方法时是阻塞的,它会一直等到数据到来时(或超时)才会返回;
同样,在调用ServerSocket.accept()方法时,也会一直阻塞到有客户端连接才会返回,
每个客户端连接过来后,服务端都会启动一个线程去处理该客户端的请求。阻塞I/O的通信模型示意图如下:
如果你细细分析,一定会发现阻塞I/O存在一些缺点。根据阻塞I/O通信模型,我总结了它的两点缺点:
1. 当客户端多时,会创建大量的处理线程。且每个线程都要占用栈空间和一些CPU时间
2. 阻塞可能带来频繁的上下文切换,且大部分上下文切换可能是无意义的。
在这种情况下非阻塞式I/O就有了它的应用前景。
2. java NIO原理及通信模型
Java NIO是在jdk1.4开始使用的,它既可以说成“新I/O”,也可以说成非阻塞式I/O。
下面是java NIO的工作原理:
1. 由一个专门的线程来处理所有的 IO 事件,并负责分发。
2. 事件驱动机制:事件到的时候触发,而不是同步的去监视事件。
3. 线程通讯:线程之间通过 wait,notify 等方式通讯。保证每次上下文切换都是有意义的。减少无谓的线程切换。
阅读过一些资料之后,下面贴出我理解的java NIO的工作原理图:
(注:每个线程的处理流程大概都是读取数据、解码、计算处理、编码、发送响应。)
Java NIO的服务端只需启动一个专门的线程来处理所有的 IO 事件,这种通信模型是怎么实现的呢?
java NIO采用了双向通道(channel)进行数据传输,而不是单向的流(stream),在通道上可以注册我们感兴趣的事件。一共有以下四种事件:
事件名 | 对应值 |
服务端接收客户端连接事件 | SelectionKey.OP_ACCEPT(16) |
客户端连接服务端事件 | SelectionKey.OP_CONNECT(8) |
读事件 | SelectionKey.OP_READ(1) |
写事件 | SelectionKey.OP_WRITE(4) |
服务端和客户端各自维护一个管理通道的对象,我们称之为selector,该对象能检测一个或多个通道 (channel) 上的事件。
我们以服务端为例,如果服务端的selector上注册了读事件,某时刻客户端给服务端发送了一些数据,
阻塞I/O这时会调用read()方法阻塞地读取数据,而NIO的服务端会在selector中添加一个读事件。
服务端的处理线程会轮询地访问selector,如果访问selector时发现有感兴趣的事件到达,则处理这些事件,
如果没有感兴趣的事件到达,则处理线程会一直阻塞直到感兴趣的事件到达为止。下面是我理解的java NIO的通信模型示意图:
二.java NIO服务端和客户端代码实现
为了更好地理解java NIO,下面贴出服务端和客户端的简单代码实现。
代码如下:
package NIO; import java.io.IOException; import java.net.InetSocketAddress; import java.nio.ByteBuffer; import java.nio.channels.SelectionKey; import java.nio.channels.Selector; import java.nio.channels.ServerSocketChannel; import java.nio.channels.SocketChannel; import java.util.Iterator; /** * NIO服务端 */ public class NIOServer { // 通道管理器 private Selector selector; /** * 获得一个ServerSocket通道,并对该通道做一些初始化的工作 * * @param port * 绑定的端口号 * @throws IOException */ public void initServer(int port) throws IOException { // 获得一个ServerSocket通道 ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open(); // 设置通道为非阻塞 serverChannel.configureBlocking(false); // 将该通道对应的ServerSocket绑定到port端口 serverChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(port)); // 获得一个通道管理器 this.selector = Selector.open(); // 将通道管理器和该通道绑定,并为该通道注册SelectionKey.OP_ACCEPT事件,注册该事件后, // 当该事件到达时,selector.select()会返回,如果该事件没到达selector.select()会一直阻塞。 serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); } /** * 采用轮询的方式监听selector上是否有需要处理的事件,如果有,则进行处理 * * @throws IOException */ public void listen() throws IOException { System.out.println("服务端启动成功!"); // 轮询访问selector while (true) { // 当注册的事件到达时,方法返回;否则,该方法会一直阻塞 selector.select(); // 获得selector中选中的项的迭代器,选中的项为注册的事件 Iterator<?> ite = this.selector.selectedKeys().iterator(); while (ite.hasNext()) { SelectionKey key = (SelectionKey) ite.next(); // 删除已选的key,以防重复处理 ite.remove(); handler(key); } } } /** * 处理请求 * * @param key * @throws IOException */ public void handler(SelectionKey key) throws IOException { // 客户端请求连接事件 if (key.isAcceptable()) { handlerAccept(key); // 获得了可读的事件 } else if (key.isReadable()) { handelerRead(key); } } /** * 处理连接请求 * * @param key * @throws IOException */ public void handlerAccept(SelectionKey key) throws IOException { ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel(); // 获得和客户端连接的通道 SocketChannel channel = server.accept(); // 设置成非阻塞 channel.configureBlocking(false); // 在这里可以给客户端发送信息哦 System.out.println("新的客户端连接"); // 在和客户端连接成功之后,为了可以接收到客户端的信息,需要给通道设置读的权限。 channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ); } /** * 处理读的事件 * * @param key * @throws IOException */ public void handelerRead(SelectionKey key) throws IOException { // 服务器可读取消息:得到事件发生的Socket通道 SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel(); // 创建读取的缓冲区 ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024); int read = channel.read(buffer); if(read > 0){ byte[] data = buffer.array(); String msg = new String(data).trim(); System.out.println("服务端收到信息:" + msg); //回写数据 ByteBuffer outBuffer = ByteBuffer.wrap("好的".getBytes()); channel.write(outBuffer);// 将消息回送给客户端 }else{ System.out.println("客户端关闭"); key.cancel(); } } /** * 启动服务端测试 * * @throws IOException */ public static void main(String[] args) throws IOException { NIOServer server = new NIOServer(); server.initServer(8000); server.listen(); } }
总结
NIO的特点
ServerSocketChannel ServerSocket
SocketChannel Socket
Selector
SelectionKey
NIO的一些疑问
1、客户端关闭的时候会抛出异常,死循环
解决方案
int read = channel.read(buffer);
if(read > 0){
byte[] data = buffer.array();
String msg = new String(data).trim();
System.out.println("服务端收到信息:" + msg);
//回写数据
ByteBuffer outBuffer = ByteBuffer.wrap("好的".getBytes());
channel.write(outBuffer);// 将消息回送给客户端
}else{
System.out.println("客户端关闭");
key.cancel();
}
2、selector.select();阻塞,那为什么说nio是非阻塞的IO?
selector.select()
selector.select(1000);不阻塞
selector.wakeup();也可以唤醒selector
selector.selectNow();也可以立马返还,视频里忘了讲了,哈,这里补上
3、SelectionKey.OP_WRITE是代表什么意思
OP_WRITE表示底层缓冲区是否有空间,是则响应返还true