首页 > 代码库 > Java NIO

Java NIO

2024-11-14 03:40:38   202人阅读

参考文章 http://www.cnblogs.com/geason/p/5774096.html

　　　　 http://www.iteye.com/magazines/132-Java-NIO

阻塞I/O通信模型存在以下缺点：
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。

　　JDK 1. 4中新加入了 NIO( New Input/ Output) 类, 引入了一种基于通道和缓冲区的 I/O 方式。NIO 是一种同步非阻塞的 IO 模型。同步的核心就是 Selector，Selector 代替了线程本身轮询 IO 事件，避免了阻塞同时减少了不必要的线程消耗；非阻塞的核心就是通道和缓冲区，当 IO 事件就绪时，先将数据写入缓冲区，再由缓冲区交给线程，因此线程无需阻塞地等待IO。

通道：

通道和流的区别： 

    • 既可以从通道中读取数据，又可以写数据到通道。但流的读写通常是单向的。
    • 通道可以异步地读写。
    • 通道中的数据总是要先读到一个Buffer，或者总是要从一个Buffer中写入。

Channel的实现 ： 

    • FileChannel：从文件中读写数据。
    • DatagramChannel：能通过UDP读写网络中的数据。
    • SocketChannel：能通过TCP读写网络中的数据。
    • ServerSocketChannel：可以监听新进来的TCP连接，像Web服务器那样。对每一个新进来的连接都会创建一个SocketChannel。

 缓存：

　　缓冲区本质上是一块可以写入数据，然后可以从中读取数据的内存。这块内存被包装成NIO Buffer对象，并提供了一组方法，用来方便的访问该块内存。 

 

　　当向buffer写入数据时，buffer会记录下写了多少数据。一旦要读取数据，需要通过flip()方法将Buffer从写模式切换到读模式。在读模式下，可以读取之前写入到buffer的所有数据。一旦读完了所有的数据，就需要清空缓冲区，让它可以再次被写入。有两种方式能清空缓冲区：调用clear()或compact()方法。clear()方法会清空整个缓冲区。compact()方法只会清除已经读过的数据。任何未读的数据都被移到缓冲区的起始处，新写入的数据将放到缓冲区未读数据的后面。 

NIO中的关键Buffer实现有：ByteBuffer, CharBuffer, DoubleBuffer, FloatBuffer, IntBuffer, LongBuffer, ShortBuffer，分别对应基本数据类型: byte, char, double, float, int, long, short。当然NIO中还有MappedByteBuffer, HeapByteBuffer, DirectByteBuffer等这里先不进行陈述。

Buffer的三个属性： capacity，position，limit

position和limit的含义取决于Buffer处在读模式还是写模式。不管Buffer处在什么模式，capacity的含义总是一样的。 

技术分享

capacity 
　　capacity表示Buffer的大小值。一旦Buffer满了，需要将其清空（通过读数据或者清除数据）才能继续写数据往里写数据。 
position 
　　当你写数据到Buffer中时，position表示当前的位置。初始的position值为0.当一个byte、long等数据写到Buffer后， position会向前移动到下一个可插入数据的Buffer单元。position最大可为capacity – 1。 
　　当将Buffer从写模式切换到读模式，position会被重置为0。当从Buffer的position处读取数据时，position向前移动到下一个可读的位置。 
limit 
　　在写模式下，Buffer的limit表示你最多能往Buffer里写多少数据。 写模式下，limit等于Buffer的capacity。 
　　当切换Buffer到读模式时， limit会被设置成写模式下的position值，表示你最多能读到多少数据。换句话说，你能读到之前写入的所有数据。

Selector：    

Selector允许单线程处理多个 Channel，使得线程无需阻塞地等待IO事件的就绪。如果你的应用打开了多个连接（通道），但每个连接的流量都很低，使用Selector就会很方便。 要使用Selector，得向Selector注册Channel，然后调用它的select()方法。这个方法会一直阻塞到某个注册的通道有事件就绪。一旦这个方法返回，线程就可以处理这些事件，事件的例子有如新连接进来，数据接收等。

这是在一个单线程中使用一个Selector处理3个Channel的图示： 

技术分享

 

    Selector中注册的感兴趣事件有：

 

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

Java NIO提供了与标准IO不同的IO工作方式： 

  • Channels and Buffers（通道和缓冲区）：标准的IO基于字节流和字符流进行操作的，而NIO是基于通道（Channel）和缓冲区（Buffer）进行操作，数据总是从通道读取到缓冲区中，或者从缓冲区写入到通道中。
  • Asynchronous IO（异步IO）：Java NIO可以让你异步的使用IO，例如：当线程从通道读取数据到缓冲区时，线程还是可以进行其他事情。当数据被写入到缓冲区时，线程可以继续处理它。从缓冲区写入通道也类似。
  • Selectors（选择器）：Java NIO引入了选择器的概念，选择器用于监听多个通道的事件（比如：连接打开，数据到达）。因此，单个的线程可以监听多个数据通道。

 

面向流与面向缓冲 
Java IO是面向流的，每次从流中读一个或多个字节，直至读取所有字节，它们没有被缓存在任何地方。
Java NIO基于通道和缓冲区的进行操作，数据总是从通道读取到缓冲区中，或者从缓冲区写入到通道中。这增加了处理过程中的灵活性。但是需要检查该缓冲区中是否包含所有数据，还需确保不要覆盖缓冲区里尚未处理的数据。 

阻塞与非阻塞IO 
Java IO的各种流是阻塞的。这意味着，当一个线程调用read() 或 write()时，该线程被阻塞，直到有一些数据被读取，或数据完全写入。该线程在此期间不能再干任何事情了。

Java NIO是非阻塞的，当一个线程从某通道发送请求读取数据，它仅能得到目前可用的数据（读），如果目前没有数据可用时，就什么都不会获取。而不是保持线程阻塞，所以直至数据变的可以读取之前，该线程可以继续做其他的事情。 非阻塞写也是如此。一个线程请求写入一些数据到某通道，但不需要等待它完全写入（写），这个线程同时可以去做别的事情。 线程通常将非阻塞IO的空闲时间用于在其它通道上执行IO操作，所以一个单独的线程现在可以管理多个输入和输出通道（channel）。 

选择器（Selectors） 
Java NIO的选择器允许一个单独的线程来监视多个输入通道，你可以注册多个通道使用一个选择器，然后使用一个单独的线程来“选择”通道：这些通道里已经有可以处理的输入，或者选择已准备写入的通道。这种选择机制，使得一个单独的线程很容易来管理多个通道。 

与Selector一起使用时，Channel必须处于非阻塞模式下。这意味着不能将FileChannel与Selector一起使用，因为FileChannel不能切换到非阻塞模式。而套接字通道都可以。

分散（Scatter）/聚集（Gather）

分散：将Channel中的数据读到多个buffer中

聚集：是指数据从多个buffer写入到同一个channel

ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(128);  
ByteBuffer body   = ByteBuffer.allocate(1024);  
ByteBuffer[] bufferArray = { header, body };  
channel.read(bufferArray);   // read()方法按照buffer在数组中的顺序将从channel中读取的数据写入到buffer，当一个buffer被写满后，再写入另一个buffer中
channel.write(bufferArray);  // write()方法会按照buffer在数组中的顺序，将数据写入到channel

 

Java NIO


联系
我们