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  • NIO和IO(BIO)的区别及NIO编程介绍

    IO(BIO)和NIO的区别:其本质就是阻塞和非阻塞的区别。

      阻塞概念:应用程序在获取网络数据的时候,如果网络传输数据很慢,那么程序就一直等着,直到传输完毕为止。

      非阻塞概念:应用程序直接可以获取已经准备就许好的数据,无需等待。

      IO为同步阻塞形式,NIO为同步非阻塞形式。NIO并没有实现异步,在JDK1.7只后,升级了NIO库包,支持异步非阻塞通信模型即NIO2.0(AIO)

    同步和异步:同步和异步一般是面向操作系统与应用程序对IO操作的层面上来区别的。

      同步时,应用程序会直接参与IO读写操作,并且我们的应用程序会直接阻塞到某一方法上,直到数据准备就绪:或者采用轮询的策略实时检查数据的就绪状态,如果就绪则获取数据。

      异步时,则所有的IO读写操作交给操作系统处理,与我们的应用程序没有直接关系,我们程序不需要关心IO读写,当操作系统完成了IO读写操作时,会给我们应用程序发送通知,我们的应用程序直接拿走数据即可。

    同步说的是你的server服务端的执行方式

    阻塞说的时具体的技术,接收数据的方式,状态(io,nio)

      

    NIO编程介绍

    学习NIO编程,要先了解几个概念:

    Buffer(缓冲区)、Channel(管道、通道)、Selector(选择器,多路复用器)

     Bufer:

    buffer是一个对象,它包含一些要写入或者要读取的数据。在NIO类库中假如Buffer对象,体现了新库与原IO的一个重要的区别。在面向流的IO中,可以将数据直接写入或读取到Stream对象中。在NIO库中,所有数据都是用缓冲区处理的(读写)。缓冲区实质上是一个数组,通常它时一个字节数组(ByteBuffer),也可以使用其他类型的数组。这个数组为缓冲区提供了数据的访问读写等操作属性,如位置、容量、上限等概念,具体参考API文档。

    Buffer类型:我们最常用的就是ByteBuffer,实际上每一种java基本类型都对于了一种缓存区(除了Boolean类型):

    ByteBuffer   CharBuffer  ShortBuffer  IntBuffer  LongBuffer  FloatBuffer  DoubleBuffer

    下面看一下IntBuffer的使用:

    在put完数据后,一定要调用flip()方法,使position位置复位,然后才能通过遍历把每个数据取出来,其他的都可以看注释看清楚。

    下面我们看一下打印结果:

    可以清楚的看到buf里面的各个阶段的属性。下面看一下warp方法的使用

    先看一下打印的结果:

    然后在看一下jdk的api文档:

    http://tool.oschina.net/apidocs/apidoc?api=jdk-zh

    应该就能看的懂了。

    下面看一下其他的方法:

    看一下打印结果:

    可以看的出来buf的方法都不太好用,但是Netty框架里面,对这个buffer做了很多的封装,使得Netty的buffer非常好用。

    注意:在JDK的api中,在buf中放入数据后,一定要检查position的位置,在复位后,才能调用数据去获取buffer的内容。

    下面看一下Channel

    Channel,它就像自来水的管道一样,网络数据通过Channel读取和写入,通道与流不同支出在与通道是双向的,而流只是一个方向上移动(一个流必须是InputStream或者OutputStream的子类),而通道可以用于读、写或者二者同时进行,最关键的是可以与多路复用器结合起来,有多种的状态位,方便多路复用器去识别。事实上通道分为两大类,一类是网络读写的(SelectableChannel),一类是用于文件操作的(FileChannel),我们使用的SocketChannel和ServerSocketChannel都是SelectableChannel的子类。

    再看一下Selector

    多路复用器(Selector),他是NIO编程的基础,非常重要。多路复用器提供选择已经就绪的任务的能力。

    简单说,就是Selector会不断的轮询注册在其上的通道(Channel),如果某个通道发生了读写操作,这个通道就处于就绪状态,会被Selector轮询出来,然后通过SelectionKey可以取得就绪的Channel集合,从而进行后续的IO操作。

    一个多路复用器(Selector)可以负责成千上万的Channel通道,没有上线,这也是JDK使用了epoll代替了传统的select实现,获得连接句柄没有限制。这也就意味着我们只要一个线程负责Sekector的轮询,就可以接入成千上万个客户端,这是JDK NIO库的巨大进步。

    Selector线程就类似一个管理者(Master),管理了成千上万和管道,然后轮询那个管道的数据已经准备好,通知cpu执行IO的读取或写入操作。

    Selector模式:当IO事件(管道)注册到选择器之后,selector会分配给每个管道一个key值,相当于标签。selector选择器是以轮询的方式进行查找注册的所有IO事件(管道),当我们的IO事件(管道)准备就绪后,select就会识别,会通过key值来找到相应的管道,进行相关的数据处理操作(从管理里读或写数据,写到我们的数据缓冲区中)。

    每个管道都会对选择器进行注册不同的事件状态,以便选择器查找。

      SelectionKey.OP_CONNECT

      SelectionKey.OP_ACCEPT

      SelectionKey.OP_READ

      SelectionKey.OP_WRITE

    下面看一个实例:

    先看一端server端的代码:

    先解读一下上面的代码,先看一下run方法,在这个方法中,selector复用器去轮询注册在上面的通道的key,轮询的不只是ServerSocketChannel,还注册在上面的SockerChannel,在最开始,selector上肯定只有一个ServerSocketChannel,此时,这个通道肯定是处于阻塞状态的,这个时候调用accept方法,去监听接入的SockerChannel通道,如果没有接入,就一直处于阻塞状态,如果有SocketChannel接入,就把SocketChannel注册到selector上,然后因为run方法是无限循环的,在遍历到SocketChannel通道时,检测到状态是可读状态,就开始执行read方法,读取客户端传递过来的消息。并打印一下结果。

    下面看一下Client的代码:

    客户端的代码比较简单,就是从键盘接收数据,然后传输给客户端。上面这种实现只是客户端给服务端发送数据。

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