学习Netty准备-NIO(Buffer\Channel\Selector)

JDK提供NIO相关的类,其中比较主要的三个Buffer、Channel、Selector核心部分。

Buffer是缓冲区,提供输入输出暂存区域。在没有Buffer之前我们都是通过直接read获取到字节数据,返回的是字节数组,在进行各种获取、设置、转换、复制、压缩等操作的时候都需要自己去实现复杂的逻辑,因此后面提出了缓冲区的概念,其本质还是一个字节数组,只不过提供了大量的API方法,供开发者调用。

下面先看一下相关类图,如图1-1,其中JDK提供了各种类型的Buffer,byte、int、float、double、long等基本类型的Buffer,大体会分为堆内分配空间和直接内存分配空间,还有只读的实现。后面也列出了两个类ByteOrder(BIG_ENDIAN、LITTLE_ENDIAN)和Bits,ByteOrder标识大端和小端,Bits则提供各种类型直接互相的转换工具类。


图1-1

下面重点分析一下ByteBuffer,其中比较重要的参数,具体的逻辑关系如图1-2

容量(Capacity):缓冲区大小;

上限(Limit):缓冲区可用边界,越过上界的区域不可读写;

位置(Position):下一个读写的索引,随着读写递增;

标记(Mark):Mark一个位置,可以在之后设置位置为标记值再次读写。


图1-2

下面看一下提供的API方法:

Buffer接口中主要是提供以上四个参数相关的操作方法,例如capacity()返回容量,position()返回当前位置,position(int )设置新的位置信息,flip()读写模式转换(针对于position  limit的数字切换),mark()\reset()标记位置设置、重置,truncate()清空缓冲区,注意这里面所有的操作都是针对于四个重要参数的相关操作。

图1-3

再看一下ByteBuffer具体实现里面提供的方法如图1-3,allocate()\allocateDirect()初始化一个堆内的缓冲区或者直接内存缓冲区,wrap()提供字节数组的复制功能,slice()、duplicate()提供字节缓冲区截取、复制的功能,get()\put()方法提供相关的设置、获取具体信息的方法,同时提供针对于各种基本类型put、get的方法,会屏蔽类型所占类型的长度,进行直接的读取,屏蔽实现细节。(其中NIO也实现自己的ByteBuf,后面会去对比)

图1-3

Channel是NIO的第二个重要的组成部分,它是在Buffer(字节缓冲区)和文件或者网络套接字之间传输数据,所有的操作都是在Buffer的基础上面进行,read\write都是跟ByteBuffer打交道。同时对比BIO的InputStream和OutputStream在于channel是一个双向读写的,而stream只可以单方向。这一部分主要分析serverSocket相关的channel.如图:2-1


图2-1

从类图上面分析可以看到socketChannel实现了可读写的ByteChannel、聚集分散读写的ByteChannel,其实就是实现了read(ByteBuffer)、write(ByteBuffer)、read(ByteBuffer,int,int)(分散读,读取某一段,不顺序读写)、write(ByteBuffer[],int,int)。

同时实现了NetWorkChannel实现网络地址的绑定,SelectableChannel提供多路复用的实现,后面会详细介绍,InterruptiableChannel提供可阻断的的方法。

下面通过获取channel、配置非阻塞来简单说明一下具体的过程。(如图2-2)

ServerSocketChannel.open();

ServerSocketChannel.configureBlocking(false);


图2-2

Selector是Java NIO中能够检测一到多个NIO通道,并能够检查通道是否为诸如读写事件做好准备的组件。这样,一个单独的线程可以管理多个channel,从而管理多个网络连接。

操作系统的一个重要功能是处理IO请求并通知各个线程它们的数据准备就绪了,Selector的就绪选择的处理是委托到具体的操作系统上的,选择器类提供了这种抽象,使得Java代码能以可移植的方式,请求底层的操作系统提供就绪选择服务。

基本而言,选择器是对select,poll,epoll等本地调用或者类似的操作系统的特定系统调用的封装。


图2-3

创建选择器

将通道注册到选择器上

让选择器监听注册的通道

处理选择器返回的就绪的通道

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