java的nio 之 select，poll和epoll
作者：互联网
我不生产知识，我只是知识的搬运工。努力通过实践与各位博友交流一些自己的见解。
引文：
由于cpu和磁盘等存储设备的处理速度的差异，巧妙的io设计能够极大的提升工作效率。从硬件设计角度包括 SPOOLING(假脱机)技术(实现独占设备的共享)，DMA(通过中断的方式实现内存到磁盘的传输通道)大大降低了io传输到cpu的调用和阻塞，通道IO(有自己的指令和程序，相比DMA有更强的独立处理数据能力。并且可以控制多台同类或不同类的设备)。————来自王道考研操作系统
总结：硬件实现cpu与磁盘的尽可能独立运行，磁盘读取尽可能少的通过中断程序来获取cpu的执行权。
解决了单个IO的CPU和磁盘独立运行，我们来看下多个IO连接时，操作系统如何优化？ 也就是多个io链接如何管理的问题。IO作为计算机的核心功能，用户只能通过系统调用实现用户态到内核态的切换来读写磁盘数据。传统io 每建立一个io链接就要新建一个线程阻塞在当前操作中，在IO密集型任务中会大大降低CPU的利用率。通过IO复用监听多个文件描述符来提升程序的性能。
注意：IO复用虽然能同时监听多个文件描述符，但它本身是阻塞的。并且当多个文件描述符同时就绪时，如果不采取额外的措施，程序就只能按顺序依次处理其中的每一个文件描述符，这使得程序看起来就像是串行工作。如果要实现并发，只能使用多线程和多进程等编程手段。————来自Linux高性能服务器编程
理论知识：
| 系统调用 | select | poll | epoll |
| 事件集合 | 用户通过3个参数分别传入感兴趣的可读，可写和异常等事件，内核通过对这些参数的在线修改来反馈其中的就绪事件。这使得用户每次调用select都要重置这3个参数 | 统一处理所有事件类型，因此只需一个事件集参数。用户通过pollfd.events传入感兴趣的事件，内核通过修改polld.revents反馈其中就绪的事件 | 内核通过一个时间表直接管理用户感兴趣的所有事件。因此每次调用epoll_wait时，无需反复传入用户感兴趣的事件。epoll_wait系统调用的参数events仅用来反馈就绪的事件 |
| 应用程序索引就绪文件描述符的事件复杂度 | O(n) | O(n) | O(1) |
| 最大支持文件描述符数 | 有最大值限制(内核默认值为1024) | 65535 | 65535 |
| 工作模式 | LT | LT | 支持ET高效模式 |
| 内核实现和工作效率 | 采用轮询方法来检测就绪事件，算法事件复杂度为O(n) | 采用轮询方法来检测就绪事件，算法事件复杂度为O(n) | 采用回调方法来检测就绪事件，算法事件复杂度为O(n) |
系统调用API的演进路线：select————》poll(事件处理统一，编程接口更简洁。不需要重置参数)————》epoll(使用回调替换轮询机制，降低事件复杂度为O(1))
注意：当活动链接比较多的时候，epoll_wait的效率未必比selelct和poll高，因为此时回调函数出发得过于频繁。所有epoll_wait适用于连接数量多，但活动链接少的情况。
实践代码：
聊天室程序：
服务端：
/**
* @author: ljf
* @date: 2020/12/29 19:25
* @description: 聊天室服务端
* 功能：
* 1.数据转发broadcast
* 功能推导类属性：
* 1.userNames
* 2.userThreads
* 3.port 监听端口
* <p>
* accept阻塞监听客户端的链接，将链接添加到userNames，userThreads并启动用户线程接收数据
* 服务端的userThread只用来转发数据，read and write
* TODO：多个客户端同时退出的并发问题, 客户端正常段开时给服务器能够检测到。同时给其他客户端发信息
* socket全双工通信
* @modified By：
* @version: $ 1.0
*/
public class ChatServer {
private final int port;
private final HashSet<String> userNames = new HashSet<>();
private final HashSet<UserThread> userThreads = new HashSet<>();
public AtomicInteger connectedCount = new AtomicInteger(0);
public ChatServer(int port) {
this.port = port;
}
public void execute() {
//监听端口
try (ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port)) {
System.out.println("chat server listening on port:" + port);
while (true) {
//创建服务端进程，accept阻塞监听
Socket clientSocket = serverSocket.accept();
UserThread newUser = new UserThread(clientSocket, this);
userThreads.add(newUser);
newUser.start();
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static void main(String[] args) {
int port = 12345;
ChatServer chatServer = new ChatServer(port);
chatServer.execute();
}
public void broadMessage(String serverMessage, UserThread userThread) {
for (UserThread user : userThreads) {
if (user != null && user != userThread) { //除当前用户
user.sendMessage(serverMessage);
}
}
}
public Set<String> getUserNames() {
return this.userNames;
}
/**
* 删除用户，删除userName和userThread
*/
public void removeUser(String user, UserThread userThread) {
boolean removed = userNames.remove(user);
if (removed) {
userThreads.remove(userThread);
System.out.println(user + " quit group chat");
}
}
public boolean hasUsers() {
return !this.userNames.isEmpty();
}
public void addUserName(String userName) {
this.userNames.add(userName);
}
}
View Code
服务端每创建一个socket链接，就创建一个用户线程：
import java.io.*;
import java.net.Socket;
/**
* @author: ljf
* @date: 2020/12/29 19:34
* @description: 服务端socket线程，用来向客户端转发消息
* @modified By：
* @version: $ 1.0
*/
public class UserThread extends Thread {
private final Socket clientSocket;
private PrintWriter printWriter;
private String userName; //客户端创建时输入用户名，网络传输获取
private final ChatServer chatServer;
public UserThread(Socket clientSocket, ChatServer chatServer) {
this.clientSocket = clientSocket;
this.chatServer = chatServer;
}
public String getUserName() {
return this.userName;
}
@Override
public void run() {
String serverMessage;
try {
OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream();
printWriter = new PrintWriter(outputStream,true);
//阻塞监听客户端发来的消息，然后转发给其他客户端
InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();
BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream));
printUsers();
//首条消息是 客户端姓名
userName = bufferedReader.readLine();
chatServer.addUserName(userName);
System.out.println("connectedCount: " + chatServer.connectedCount.getAndIncrement()
+ " new user connected: " + userName);
serverMessage = "new user " + userName + " connected";
chatServer.broadMessage(serverMessage, this);
//read 阻塞，直到客户端发来"bye"消息，断开连接
String clientMessage;
while (!(clientMessage = bufferedReader.readLine()).equals("bye")) {
//拼接上当前socket的用户，转发给其他用户
serverMessage = "[" + userName + "]: " + clientMessage;
chatServer.broadMessage(serverMessage, this);
}
} catch (IOException e) {
// e.printStackTrace();
System.err.println(e.getMessage());
} finally {
//与客户端socket断开连接
chatServer.removeUser(userName, this);
if(clientSocket!=null && clientSocket.isConnected()){
try {
clientSocket.shutdownOutput();//立即关闭输出流
clientSocket.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//转发我离开的消息
serverMessage = userName + " has quited";
chatServer.broadMessage(serverMessage, this);
}
}
/**
* 向新链接的客户端发送当前服务器的用户列表
*/
public void printUsers() {
if (chatServer.hasUsers()) {
printWriter.println("connected users: " + chatServer.getUserNames());
} else {
printWriter.println("no other users connected");
}
}
/**
* 向客户端发送消息
*
* @param message：消息内容
*/
public void sendMessage(String message) {
printWriter.println(message);
}
}
View Code
客户端：
public class ChatClient {
private volatile String userName;
private final String hostName;
private final int port;
private volatile boolean closed = false;
public ChatClient(String hostName,int port){
this.hostName = hostName;
this.port = port;
}
public static void main(String[] args) {
String hostName = "localhost";
int port = 12345;
ChatClient chatClient = new ChatClient(hostName, port);
chatClient.execute();
}
/**
* 与服务端建立连接
*/
public void execute(){
try {
//必须输入用户名字后才能创建socket
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
System.out.print("\nEnter your name: ");
userName = scanner.nextLine();
Socket clientSocket = new Socket(hostName, port);
System.out.println("connected to chat server");
new ReadThread(clientSocket,this).start();
new WriteThread(clientSocket,this).start();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public void setClosed(){
closed = true;
}
public boolean isClosed(){
return closed;
}
public String getUserName() {
return userName;
}
}
客户端socket读线程
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.Socket;
import java.net.SocketException;
/**
* @author: ljf
* @date: 2020/12/29 20:55
* @description:
* @modified By：
* @version: $ 1.0
*/
public class ReadThread extends Thread{
private final ChatClient chatClient;
private final Socket clientSocket;
public ReadThread(Socket clientSocket,ChatClient chatClient){
this.chatClient = chatClient;
this.clientSocket = clientSocket;
}
@Override
public void run() {
while (!chatClient.isClosed()) {
try {
InputStream inputStream = clientSocket.getInputStream();
BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream));
String response = bufferedReader.readLine();
System.out.println("\n" + response);
// prints the username after displaying the server's message
if (chatClient.getUserName() != null) {
System.out.print("[" + chatClient.getUserName() + "]: ");
}
} catch (SocketException se){ //TODO：正常退出替代这里
System.out.println("quit");
System.err.println(se.getMessage());
break;
} catch (IOException ex) {
System.out.println("Error reading from server: " + ex.getMessage());
ex.printStackTrace();
break;
}
}
}
}
客户端socket写线程
import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
/**
* @author: ljf
* @date: 2020/12/29 20:59
* @description:
* @modified By：
* @version: $ 1.0
*/
public class WriteThread extends Thread {
private final ChatClient chatClient;
private final Socket clientSocket;
private PrintWriter printWriter;
public WriteThread(Socket clientSocket, ChatClient chatClient) {
this.chatClient = chatClient;
this.clientSocket = clientSocket;
try {
OutputStream outputStream = clientSocket.getOutputStream();
printWriter = new PrintWriter(outputStream,true);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
@Override
public void run() {
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
String userName = chatClient.getUserName();
printWriter.println(userName);
String text;
// System.out.print("[" + userName + "]: ");
while (!(text = scanner.nextLine()).equals("bye")) {
printWriter.println(text);
System.out.print("[" + userName + "]: ");
}
try {
printWriter.println(text);
clientSocket.close();
} catch (IOException ex) {
System.out.println("Error writing to server: " + ex.getMessage());
}
}
}
TODO：当前是用传统io流实现，后期加入nio，零拷贝。
标签：userName,java,nio,port,new,poll,public,clientSocket,String 来源： https://www.cnblogs.com/laotang123/p/14201658.html