NIO

Buffer 缓冲器

Buffer 类是一个抽象类,它有7 个子类分别对应于七种基本的数据类型:ByteBuffer、CharBuffer、DoubleBuffer、FloatBuffer、IntBuffer、LongBuffer 和ShortBuffer。每一个Buffer对象相当于一个数据容器,可以把它看作内存中的一个大的数组,用来存储和提取所有基本类型(boolean 型除外)的数据。Buffer 类的核心是一块内存区,可以直接对其执行与内存有关的操作,利用操作系统特性和能力提高和改善Java 传统I/O 的性能

Channel 通道

Channel 被认为是NIO 工具包的一大创新点,是(Buffer)缓冲器和I/O 服务之间的通道,具有双向性,既可以读入也可以写出,可以更高效的传递数据。我们这里主要讨论的是ServerSocketChannel 和SocketChannel,它们都继承了SelectableChannel,是可选择的通道,分别可以工作在同步和异步两种方式下(这里的可选择不是指可以选择两种工作方式,而是指可以有选择的注册自己感兴趣的事件)。当通道工作在同步方式时,它的功能和编程方法与传统的ServerSocket、Socket 对象相似;当通道工作在异步工作方式时,进行输入输出处理不必等到输入输出完毕才返回,并且可以将其感兴趣的(如:接受操作、连接操作、读出操作、写入操作)事件注册到Selector 对象上,与Selector 对象协同工作可以更有效率的支持和管理并发的网络套接字连接

Selector 选择器

各类 Buffer 是数据的容器对象;各类Channel 实现在各类Buffer 与各类I/O 服务间传输数据。Selector 是实现并发型非阻塞I/O 的核心,各种可选择的通道将其感兴趣的事件注册到Selector 对象上,Selector 在一个循环中不断轮循监视这各些注册在其上的Socket 通道。为ServerSocketChannel 监控接收客户端连接就绪事件,为 SocketChannel 监控连接服务器就绪,读就绪和写就绪事件

ServerSocketChannel

ServerSocket 的替代类,支持阻塞通信与非阻塞通信

SocketChannel

Socket 的替代类,支持阻塞通信与非阻塞通信

SelectionKey

SelectionKey 类则封装了SelectableChannel 对象在Selector 中的注册信息。当Selector 监测到在某个注册的SelectableChannel 上发生了感兴趣的事件时,自动激活产生一个SelectionKey对象,这个对象中记录了哪一个SelectableChannel 上发生了哪种事件,通过对被激活的SelectionKey 的分析,外界可以知道每个SelectableChannel 发生的具体事件类型,进行相应的处理。当一个 SelectionKey 对象位于Selector 对象的 selected-keys 集合中时,就表示与这个 SelectionKey 对象相关的事件发生了

在SelectionKey 类中几个静态常量

SelectionKey.OP_ACCEPT -> 客户端连接就绪事件 等于监听serversocket.accept()返回一个socket

SelectionKey.OP_CONNECT -> 准备连接服务器就绪 跟上面类似,只不过是对于socket的 相当于监听了 socket.connect()

SelectionKey.OP_READ -> 读就绪事件, 表示输入流中已经有了可读数据, 可以执行读操作了

SelectionKey.OP_WRITE -> 写就绪事件

NIO工作原理

通过上面的讨论,我们可以看出在并发型服务器程序中使用NIO,实际上是通过网络事件驱动模型实现的。我们应用Select 机制,不用为每一个客户端连接新启线程处理,而是将其注册到特定的Selector 对象上,这就可以在单线程中利用Selector 对象管理大量并发的网络连接,更好的利用了系统资源;采用非阻塞I/O 的通信方式,不要求阻塞等待I/O 操作完成即可返回,从而减少了管理I/O 连接导致的系统开销,大幅度提高了系统性能

当有读或写等任何注册的事件发生时,可以从Selector 中获得相应的SelectionKey , 从SelectionKey 中可以找到发生的事件和该事件所发生的具体的SelectableChannel,以获得客户端发送过来的数据。由于在非阻塞网络I/O 中采用了事件触发机制,处理程序可以得到系统的主动通知,从而可以实现底层网络I/O 无阻塞、流畅地读写,而不像在原来的阻塞模式下处理程序需要不断循环等待。使用NIO,可以编写出性能更好、更易扩展的并发型服务器程序

通过使用NIO 工具包进行并发型服务器程序设计,一个或者很少几个Socket 线程就可以处理成千上万个活动的Socket 连接,大大降低了服务器端程序的开销;同时网络I/O 采取非阻塞模式,线程不再在读或写时阻塞,操作系统可以更流畅的读写数据并可以更有效地向CPU 传递数据进行处理,以便更有效地提高系统的性能

非阻塞性I/O并发编程

1、向Selector对象注册感兴趣的事件

2、从Selector中获取所感兴趣的事件

3、根据不同的事件进行相应的处理

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