NIO

一.NIO

1.作用：传输数据
2.概念

同步：一个对象或是一段逻辑在一段时间段内只能被一个线程占用。eg:InputStream、OutputStream、Reader、Writer
异步：一个对象或一段逻辑在一段时间段内允许被多个线程抢占
阻塞：线程在获取到结果之前会持续等待，既不往下执行也不报错
非阻塞：线程无论是否获取结果，都会继续往下执行或是报错
3.JDK中IO的分类
BIO-BlockingIO-同步阻塞式IO
NIO-NewIo-在jdk1.4中出现-NonBlockingIo-同步非阻塞式IO----tomcat8之后使用的是NIO进行通信(之前是BIO)
AIO-AsynchronousIo-异步非阻塞式IO，在JDK1.7中出现-AIO本身是在NIO的基础上进行改进，因此称之为NIO.2
4.在现在开发中，如果需要进行大量的短任务，那么使用的是NIO；如果需要进行长任务，会使用BIO
5.BIO的缺点：
阻塞：阻塞必然会导致效率降低
一对一连接：每次客户端发起了连接，服务器端都需要产生一个请求去处理这个连接。如果有大量的客户端发起连接，那么就意味着服务器端需要产生大量线程去处理请求。服务器端的线程如果过多，导致服务器的卡顿甚至崩溃
无效连接：在BIO中，无法处理无效的空连接。如果有大量的无效连接产生，就会大量占用服务器端的线程。此时依然可能会导致服务器的卡顿甚至崩溃
6.NIO的组件：Buffer、Channel、Selector

二.Buffer-缓冲区

1.作用：临时缓存区
2.Buffer底层是基于数组存储数据，只能存储基本类型的数据，Buffer针对八种基本类型，提供7个实现类(byte、short、int、long、char、float、double)，唯独没有boolean
3.重要位置：capacity>=limit>=position

capacity：容量位，用于标记缓冲区的容量，只想缓冲区的最后一位。容量位不可改变
position：操作位。类似于数组中的下标，position指向哪一位就会读写哪一位。每次读写完成之后，position就会自动向后挪一位。
limit：限制位。用于限定position所能达到的最大下标的。当limit和position重合时候，表示所有的数据都已经被读写完成。在缓冲区刚创建时，limit和capacity重合
4.创建Buffer对象

package nio.buffer;

import java.nio.ByteBuffer;

public class ByteBufferDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        //byte [] arr=new byte[n];-数据未知
        //ByteBuffer buffer= ByteBuffer.allocate(10);
        //数据已知
        //byte[] arr={n1,n2...}
        ByteBuffer buffer=ByteBuffer.wrap("hello".getBytes());
        //buffer.put("a".getBytes());
        //获取底层对应的字节数组
        //如果改变数组中的数据，缓冲区的数据也会跟着改变
        byte[] array = buffer.array();
        array[0]=97;
        System.out.println(new String(array));
    }
}

5.操作

package nio.buffer;

import java.nio.ByteBuffer;

public class ByteBufferDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //构建ByteBuffer对象
        //参数实际上是指定底层的字节数组的容量
        ByteBuffer byteBuffer=ByteBuffer.allocate(10);
        //获取容量位
        System.out.println(byteBuffer.capacity());//10
        //获取操作位
        System.out.println(byteBuffer.position());//0
        //获取限制位
        System.out.println(byteBuffer.limit());//10
        //添加数据
        byteBuffer.put("abc".getBytes());
        byteBuffer.put("def".getBytes());
        //需要先将limit挪动到position上
        byteBuffer.limit(byteBuffer.position());
        //再将position归零
        byteBuffer.position(0);
        //上述两步操作，称之为翻转缓冲区，等价于下面一步
        //byteBuffer.flip();
        //while(byteBuffer.position()<byteBuffer.limit())
        //等价于下面一步
        while (byteBuffer.hasRemaining()){
            byte b = byteBuffer.get();
            System.out.print((char)b+" ");
        }
        System.out.println();
        //获取操作位
        System.out.println(byteBuffer.position());
        //挪动操作位
        byteBuffer.position(0);
        //获取数据
        byte b = byteBuffer.get();
        System.out.println(b);
    }
}

三、Channel-通道

1.作用：传输数据
2.Channel可以实现双向传输
3.Channel默认实阻塞的，但是可以手动设置为非阻塞
4.常见的channel：

文件:FileChannel
1）通过FileInputStream获取Channel

package nio.channel;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class FileChannelDemo1 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //读取文件
        //获取通道-通过FileInputStream获取Channel,所以这个channel只能读不能写
        //获取channel对象
        FileChannel channel=new FileInputStream("a.txt").getChannel();
        //构建ByteBuffer用于存储对象
        ByteBuffer buffer= ByteBuffer.allocate(1024);
        //读取数据
        channel.read(buffer);
        //解析数据
        System.out.println(new String(buffer.array(),0,buffer.position()));
        //关流
        channel.close();
    }
}

2）通过FileOutputStream获取通道

package nio.channel;

import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.nio.Buffer;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class FileChannelDemo2 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //通过FileOutputStream获取通道,只写不读
        FileChannel fc=new  FileOutputStream("text.txt").getChannel();
        //写出数据
        fc.write(ByteBuffer.wrap("hello".getBytes()));
        //关流
        fc.close();
    }
}

3）可读可写

package nio.channel;

import java.io.IOException;
import java.io.RandomAccessFile;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class FileChannelDemo3 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //r--只读方式
        //rw--读写方式
        //rwd--读写方式，不同于rw的地方在于，每次写入的数据必须直接更新到磁盘中而不是内存中
        //RandomAccessFile将整个文件看作是一个大型的字节数组
        //在RandomAccessFile中，每次读写完成之后，下标会自动后挪
        RandomAccessFile raf=new RandomAccessFile("a.txt","rw");
        //获取channel
        FileChannel channel = raf.getChannel();
        //读取数据
        ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(3);
        channel.read(buffer);
        System.out.println(new String(buffer.array(),0,3));
        //指定在文件中的写入位置
        raf.seek(40);
        //写出数据
        channel.write(ByteBuffer.wrap("abc20".getBytes()));
        //关流
        channel.close();
    }
}

UDP:DatagramChannel
TCP:SocketChannel、ServerSocketChannel
客户端

package nio.channel;

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SocketChannel;

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //开启客户端通道
        SocketChannel sc=SocketChannel.open();
        //手动设置为非阻塞
        sc.configureBlocking(false);
        //发起连接-阻塞
        //非阻塞：无论是否建立连接，都会继续往下执行
        sc.connect(new InetSocketAddress("localhost",8090));
        //判断连接是否建立
        //如果多次连接没有成功，说明这个连接无法建立
        while (!sc.isConnected()){
            //试图重新建立连接
            //这个方法会自动计数，多次计数之后如果仍然无法建立连接，会抛出异常
            sc.finishConnect();
        }
        //连接建立
        sc.write(ByteBuffer.wrap("hello server".getBytes()));
        //关闭连接
        sc.close();
    }
}

服务端

package nio.channel;

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;

public class Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //开启服务器通道
        ServerSocketChannel ssc=ServerSocketChannel.open();
        //绑定端口
        ssc.bind(new InetSocketAddress(8090));
        //设置为非阻塞
        ssc.configureBlocking(false);
        //接受连接
        SocketChannel sc= ssc.accept();
        //判断是否接受了连接
        while (sc==null){
            sc=ssc.accept();
        }
        //连接建立
        //读取数据
        ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(1024);
        sc.read(buffer);
        //解析数据
        System.out.println(new String(buffer.array(),0,buffer.position()));
        //关流
        sc.close();
    }
}

5.利用FileChannel实现“zero-copy"（零拷贝）机制-指的并不是没有数据传输而是没有状态的转化
6.Channel都是面向Buffer进行操作的

四、Selector-多路复用选择器

1.作用：针对事件（客户端和服务端之间能够产生的操作）来进行选择
2.实际生产过程中，会考虑将选择器放在服务器端来设置
3.Selector是面向Channel进行操作的，要求Channel必须是非阻塞的
4.服务端

package nio.selector;

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.*;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;

public class Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //开启服务端的通道
        ServerSocketChannel ssc=ServerSocketChannel.open();
        //绑定端口
        ssc.bind(new InetSocketAddress(8090));
        //设置为非阻塞
        ssc.configureBlocking(false);
        //获取选择器
        //实际生产过程中，将选择器设置为单例的
        Selector sel = Selector.open();
        //将通道注册到选择器中,指定要注册的事件
        ssc.register(sel, SelectionKey.OP_ACCEPT);
        //模拟服务器一直处于开启状态
        while(true){
            //随着服务器一直开启，服务器将会接受到越来越多的请求
            //但是不代表这些请求都是有用请求-需要进行选择，选出有用请求
            sel.select();
            //确定这一些请求，可能会发出的操作：accept/read/writer
            Set<SelectionKey> set = sel.selectedKeys();
            //遍历集合，根据请求类型做出不同处理
            Iterator<SelectionKey> iterator = set.iterator();
            while (iterator.hasNext()){
                //获取请求类型
                SelectionKey key = iterator.next();
                if(key.isAcceptable()){
                    //先从选择器中获取到同奥
                    ServerSocketChannel sscx =(ServerSocketChannel) key.channel();
                    //接受请求
                    SocketChannel sc = sscx.accept();
                    //设置非阻塞
                    sc.configureBlocking(false);
                    //注册可读事件
                    //sc.register(sel,SelectionKey.OP_READ);
                    //注册可写事件
                    //sc.register(sel,SelectionKey.OP_WRITE);
                    //再注册事件的时候，后注册的时间会覆盖之前的注册的事件
                    sc.register(sel,SelectionKey.OP_WRITE+SelectionKey.OP_READ);
                    //sc.register(sel,SelectionKey.OP_WRITE|SelectionKey.OP_READ);
                    //sc.register(sel,SelectionKey.OP_WRITE^SelectionKey.OP_READ);
                }
                if(key.isReadable()){
                    //获取通道
                    SocketChannel sc=(SocketChannel)key.channel();
                    //读取数据
                    ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(1024);
                    sc.read(buffer);
                    //解析数据
                    System.out.println(new String(buffer.array(),0,buffer.position()));
                    //注销可读事件
                    //key.interestOps()获取当前通道上的所有事件--再从这些事件上扣去可读事件
                    sc.register(sel,key.interestOps()-SelectionKey.OP_READ);
                    //sc.register(sel,key.interestOps()^SelectionKey.OP_READ);
                }
                if(key.isWritable()){
                    //获取通道
                    SocketChannel sc=(SocketChannel)key.channel();
                    //读取数据
                    ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(1024);
                    sc.read(buffer);
                    //解析数据
                    System.out.println(new String(buffer.array(),0,buffer.position()));
                    //注销可读事件
                    //key.interestOps()获取当前通道上的所有事件--再从这些事件上扣去可读事件
                    sc.register(sel,key.interestOps()-SelectionKey.OP_WRITE);
                    //sc.register(sel,key.interestOps()^SelectionKey.OP_WRITE);
                }
                //移除相同请求
                iterator.remove();
            }
        }
    }
}

客户端

package nio.selector;

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SocketChannel;

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //开启客户端通道
        SocketChannel sc=SocketChannel.open();
        //发起连接
        sc.connect(new InetSocketAddress("localhost",8090));
        //写出数据
        sc.write(ByteBuffer.wrap("hi for client".getBytes()));
        //读取数据
        ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(1024);
        sc.read(buffer);
        System.out.println(new String(buffer.array(),0,buffer.position()));
        //关流
        sc.close();
    }
}

学习链接：https://mp.weixin.qq.com/s/YIcXaH7AWLJbPjnTUwnlyQ

最后编辑于：2020.12.03 14:46:21

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二.Buffer-缓冲区

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