NIO简介

BIO与NIO的区别

NIO 和 BIO 的区别主要体现在三个方面:

NIO BIO
基于缓冲区( Buffer ) 基于流( Stream )
非阻塞 IO 阻塞 IO
选择器( Selector )
  • 其中,选择器( Selector )是 NIO 能实现非阻塞的基础。
    BIO是阻塞式IO,NIO是同步非阻塞IO。
    这是Socket的模拟,基于BIO,可以看出以下IO流的传输是阻塞的,在不考虑多线程的情况下,BIO无法处理并发。
    如果每个连接处理都开个线程,将会造成很大的资源浪费,因为有很多的人它只连接不发信息,这种连接视为浪费资源。
/**
 * 模拟一个客户端
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Socket socket=null;
        try {
            socket=new Socket("127.0.0.1",8080);
            socket.getOutputStream().write("111".getBytes());
        } catch (UnknownHostException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            socket.close();
        }
    }
}
/**
 * 通过Socket模拟一个客户端
 */
public class QQServer {
    /**
     * 定义一个字节数组用于接收客户端内容
     */
    static byte[] bytes=new byte[1024];

    public static void main(String[] args) {
        try {
            ServerSocket serverSocket=new ServerSocket();
            serverSocket.bind(new InetSocketAddress(8080));
            //这是一个阻塞方法,直到有客户端进行通信
            Socket socket=serverSocket.accept();
            //这是一个阻塞方法
            socket.getInputStream().read(bytes);
            System.out.println("读到内容打印");
            String content=new String(bytes);
            System.out.println(content);

        }catch (IOException ex){

        }
    }
}

NIO代码层原理:逻辑代码

List<Socket> list=new ArrayList<>();
public void main() throws IOException {
    ServerSocket serverSocket=new ServerSocket();
    serverSocket.bind(new InetSocketAddress(8080));
    /**
     * 设置服务器的accept方法为非阻塞方法,防止没人连接不会一直等待
     */
    serverSocket.setConfig(false);
    while (true){
        //接受一个连接
        Socket socket=serverSocket.accept();
        //如果没有连接
        if(socket==null){
            System.out.println("没人来连接");
            //查看前面的socket有没有客户端发送消息
            for(Socket socket1:list){
                int read=socket1.getInputStream().read(bytes);
                //如果前面的客户端有发送消息,则处理消息
                if(read!=0){
                    //logic
                }
            }

        }else {//如果有人来连接
            //设置socket为非阻塞方法
            socket.setConfig(false);
            //将当前连接的socket加入List集合
            list.add(socket);
            //同样处理前面逻辑,看前面的socket是否发送消息以及现在的socket是否发送消息。
            for(Socket socket1:list){
                int read=socket1.getInputStream().read(bytes);
                //如果前面的客户端有发送消息,则处理消息
                if(read!=0){
                    //logic
                }
            }
        }
    }
}

实现代码

public class QQNIOServer {
    /**
     * 字节数组存储读取的数据
     */
    static byte[] bytes=new byte[1024];
    /**
     * 非阻塞Socket对象集合,用于存储所有的socket
     */
    static List<SocketChannel> list=new ArrayList<>();
    /**
     * 申请一个堆外内存,在虚拟机中也称为直接内存
     */
    static ByteBuffer byteBuffer=ByteBuffer.allocate(512);

    public static void main(String[] args) {
        try {
            //监听开始
            //打开服务端非阻塞Socket
            ServerSocketChannel serverSocketChannel=ServerSocketChannel.open();
            //绑定监听端口号
            serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));
            //设置为非阻塞,默认为阻塞
            serverSocketChannel.configureBlocking(false);
            while (true){
                //拿到客户端的socket流
                SocketChannel socketChannel=serverSocketChannel.accept();
                //如果没有客户端连接服务器
                if (socketChannel==null){
                    //处理业务逻辑
                    Thread.sleep(500);
                    System.out.println("no conn");
                    //查看前面连接的socket是否有发送消息
                    for(SocketChannel client:list){
                        int read=client.read(byteBuffer);
                        if(read>0){
                            //该方法表明将从缓存的头开始读,并且读取所读数据的长度,不读取整个缓存,该方法必有!!!
                            byteBuffer.flip();
                            System.out.println(byteBuffer.toString());
                        }
                    }

                }else {//当得到一个连接
                    System.out.println("has a conn");
                    socketChannel.configureBlocking(false);
                    list.add(socketChannel);
                    //查看前面连接的socket是否有发送消息
                    for(SocketChannel client:list){
                        int read=client.read(byteBuffer);
                        if(read>0){
                            //该方法表明将从缓存的头开始读,并且读取所读数据的长度,不读取整个缓存,该方法必有!!!
                            byteBuffer.flip();
                            System.out.println(byteBuffer.toString());
                        }
                    }
                }
            }
        }catch (Exception e){

        }
    }
}

问题:List集合大部分连接没用,做了没必要的轮询,故此,解决方案是轮询不能交给我的系统,要主动感知有数据的socket,在linux上有epoll函数,它会告诉你当前来的是什么socket,但在windows上使用的select函数,同样在内核做轮询。所以Socket的性能与操作系统有关

基于 Buffer 与基于 Stream

BIO 是面向字节流或者字符流的,而在 NIO 中,它摒弃了传统的 IO 流,而是引入 Channel 和 Buffer 的概念:从 Channel 中读取数据到 Buffer 中,或者将数据从 Buffer 中写到 Channel 中。

① 那么什么是基于 Stream呢?

在一般的 Java IO 操作中,我们以流式的方式,顺序的从一个 Stream 中读取一个或者多个字节,直至读取所有字节。因为它没有缓存区,所以我们就不能随意改变读取指针的位置。

② 那么什么是基于 Buffer 呢?参考http://ifeve.com/buffers/

基于 Buffer 就显得有点不同了。我们在从 Channel 中读取数据到 Buffer 中,这样 Buffer 中就有了数据后,我们就可以对这些数据进行操作了。并且不同于一般的 Java IO 操作那样是顺序操作,NIO 中我们可以随意的读取任意位置的数据,这样大大增加了处理过程中的灵活性。

阻塞与非阻塞 IO

Java IO 的各种流是阻塞的 IO 操作。这就意味着,当一个线程执行读或写 IO 操作时,该线程会被阻塞,直到有一些数据被读取,或者数据完全写入。

Java NIO 可以让我们非阻塞的使用 IO 操作。例如:
当一个线程执行从 Channel 执行读取 IO 操作时,当此时有数据,则读取数据并返回;当此时无数据,则直接返回而不会阻塞当前线程。
当一个线程执行向 Channel 执行写入 IO 操作时,不需要阻塞等待它完全写入,这个线程同时可以做别的事情。
也就是说,线程可以将非阻塞 IO 的空闲时间用于在其他 Channel 上执行 IO 操作。所以,一个单独的线程,可以管理多个 Channel 的读取和写入 IO 操作。

Selector

Java NIO 引入 Selector ( 选择器 )的概念,它是 Java NIO 得以实现非阻塞 IO 操作的最最最关键。
我们可以注册多个 Channel 到一个 Selector 中。而 Selector 内部的机制,就可以自动的为我们不断的执行查询( select )操作,判断这些注册的 Channel 是否有已就绪的 IO 事件( 例如可读,可写,网络连接已完成 )。
通过这样的机制,一个线程通过使用一个 Selector ,就可以非常简单且高效的来管理多个 Channel 了。

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