14.4 NIO实现Socket通信预备知识
作者:互联网
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一、IO和NIO的区别
Java NIO( non-blocking IO)是从Java 1.4版本开始引入的一个新的IO API,Java NIO提供了与标准IO不同的IO工作方式:
IO | NIO |
---|---|
面向流 | 面向缓冲区 |
阻塞 | 非阻塞 |
1.1 面向流与面向缓冲
Java NIO和IO之间第一个最大的区别是,IO是面向流的,NIO是面向缓冲区的。 Java IO面向流意味着每次从流中读一个或多个字节,直至读取所有字节,它们没有被缓存在任何地方。此外,它不能前后移动流中的数据。如果需要前后移动从流中读取的数据,需要先将它缓存到一个缓冲区。 Java NIO的缓冲导向方法略有不同。数据读取到一个它稍后处理的缓冲区,需要时可在缓冲区中前后移动。这就增加了处理过程中的灵活性。但是,还需要检查是否该缓冲区中包含所有您需要处理的数据。而且,需确保当更多的数据读入缓冲区时,不要覆盖缓冲区里尚未处理的数据。
1.2 阻塞与非阻塞IO
Java IO的各种流是阻塞的。这意味着,当一个线程调用read() 或 write()时,该线程被阻塞,直到有一些数据被读取,或数据完全写入。该线程在此期间不能再干任何事情了。 Java NIO的非阻塞模式,使一个线程从某通道发送请求读取数据,但是它仅能得到目前可用的数据,如果目前没有数据可用时,就什么都不会获取。而不是保持线程阻塞,所以直至数据变的可以读取之前,该线程可以继续做其他的事情。 非阻塞写也是如此。一个线程请求写入一些数据到某通道,但不需要等待它完全写入,这个线程同时可以去做别的事情。 线程通常将非阻塞IO的空闲时间用于在其它通道上执行IO操作,所以一个单独的线程现在可以管理多个输入和输出通道(channel)。
二、选择器(Selectors)
Java NIO的选择器允许一个单独的线程来监视多个输入通道,你可以注册多个通道使用一个选择器,然后使用一个单独的线程来“选择”通道:这些通道里已经有可以处理的输入,或者选择已准备写入的通道。这种选择机制,使得一个单独的线程很容易来管理多个通道。
注意:
NIO的出现并不是要替代传统IO,而是在弥补传统IO的部分缺点,使用的场景不同。NIO虽然是非阻塞的,但是你在使用非阻塞write(ByteBuffer bf)时,当数据量较大时,可能会出现没有传输完整的现象,如果要保证数据传输完整,就要通过代码while(bf.hasReaming())和while(已传输len<文件size)去持续写入。这样的话会出现代码干预使其变成阻塞的了。而经过jdk不断的优化,inputSream和OutputStream几乎是传输速度最快的了,可以接近磁盘的写/读峰值(除了map内存映射),但是在有新的连接请求时却需要新的线程来控制,而线程的创建开销过于庞大,在线程间切换也有较大的消耗。总的来说,NIO适用于多条连接、多次请求,即需要多个线程多次操作,使用NIO可以减少创建线程和线程频繁切换的消耗;传统IO适用于少量用户,每次请求需要传输大量数据,但是请求次数少,使用传统IO可以提高传输的效率。(这里所说的NIO代指非阻塞IO,传统IO代表阻塞IO)
三、Buffer重要知识点回顾
3.1 几个重要的属性
(1)capacity :缓冲区的容量,ByteBuffer实际上就是Byte数组的抽象结构,容量和数组的长度一致
(2)position:下一个写入/读取的索引
(3)limit :第一个不应该写入/读取的索引
(4)mark: 一个标记点,在使用reset()后,可将position重新置于mark标记处
每次get()/get(byte[] bytes)和put(byte x)/put(byte[] bytes)都会移动position。当position==limit时继续操作会产生异常。前面这种称之为相对读/写,每次从position位置开始操作,还有一种绝对位置操作,get(int index)/put(byte x, int index),从给定的index处操作,该种操作不会影响postion。
3.2 几个常用易混的操作
1、clear() 清楚此缓冲区,position设为0,limit=0,并且标记mark被丢弃。
public final Buffer clear() {
position = 0;
limit = capacity;
mark = -1;
return this;
}
2、flip() 反转,将限制设置为当前位置,然后将该位置设置为零。如果定义了标记,则将其丢弃。
public final Buffer flip() {
limit = position;
position = 0;
mark = -1;
return this;
}
3、rewind()
public final Buffer rewind() {
position = 0;
mark = -1;
return this;
}
4、reset()将postion置为标志处
public final Buffer reset() {
int m = mark;
if (m < 0)
throw new InvalidMarkException();
position = m;
return this;
}
5.compact() 压缩
public ByteBuffer compact() {
System.arraycopy(hb, ix(position()), hb, ix(0), remaining());
position(remaining());
limit(capacity());
discardMark();
return this;
}
该方法将postion和limit之间的空间(未操作)复制到0~(limit-position)也就是remaining()的位置,也就是说把未使用的放到前面,通常搭配flip()使用,因为压缩后limit=capacity,position=(limit-position),经过flip后,position变为0,limit变为(limit-position),刚好就是未操作的空间。
例子:
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.CharBuffer;
import java.nio.charset.Charset;
public class BufferTest
{
public static void main(String[] args)
{
//创建Buffer
CharBuffer cbuff=CharBuffer.allocate(16);
System.out.println(cbuff.capacity());//16
System.out.println(cbuff.position());//0
System.out.println(cbuff.limit());//16
//放入元素
cbuff.put("孙悟空");
cbuff.put("猪八戒");
cbuff.flip();
//绝对读写不会影响position的位置
System.out.println(cbuff.get(2));//空
System.out.println(cbuff.capacity());//16
System.out.println(cbuff.position());//0
System.out.println(cbuff.limit());//6
//reset()回到标志位
cbuff.position(2).mark();//此时position=2,将此位置标记
cbuff.reset();
System.out.println(cbuff.get());//空
System.out.println(cbuff.get());//猪
System.out.println(cbuff.position());//4
//compact() 压缩
cbuff.compact();
System.out.println(cbuff.capacity());//16
System.out.println(cbuff.position());//2
System.out.println(cbuff.limit());//16
cbuff.flip();
System.out.println(cbuff);//八戒
}
}
四. 选择器与I/O多路复用
4.1 Selector选择器
Selector选择器是NIO技术中的核心组件,可以调用SelectableChannel类的public abstract SelectionKey register(Selector sel, int ops, Object att)throws ClosedChannelException方法来向通道注册事件(也就是向通道注册感兴趣的事件),包括OP_READ、OP_WRITE、OP_CONNECT、OP_ACCEPT,分别对应读取、写入,请求连接、响应连接请求。
4.2 注意事项
1、NIo并不一定是单线程,在jdk的源码中,每注册1023个通道,selector会创建新的线程
2、每一个selector有三个键集,keys、selected keys、cancel keys。
3、每个通道对应一个SelectionKey,不管注册多少次返回的都是相同的一个键。
4、将通道注册到selector一定要配置为非阻塞,否则会发生异常。
5、注册后事件存在于keys中,经过 select() 后,系统发现有事件准备好了,该事件的key就会被选择,加入selectedKeys中,select()返回值为已准备好的key数量,该方法为阻塞方法,只有返回值为大于0才返回(经过很长一段时间后无果也会返回),可以被wakeUp()方法唤醒。
6、read、accept、connect 调用select() 后通常会阻塞,因为不是每刻都有数据写入需要读取,有连接请求、需要响应。但是write几乎是不阻塞的,所以一定要注意在注册OP_WRITE时,一般要在写完之后,注册为OP_READ(),来使下一次的select()方法阻塞,不然在轮询时会发生死循环。即使你remove()也只是从selectedKeys中删除,下一次还是会从keys中移到selectedKeys中。而keys中的元素无法直接删除(会发生异常),必须等待channel关闭或者key被cancel。
7、select()方法的机制是等待通知,在系统中有操作准备好后,通知jvm,而不是循环轮询。
8、select()方法执行后,再注册的事件,select()不会去关心。
9、connect()方法是非阻塞的,这意味着连接可能尚未建立成功,该方法已经返回,使用时可能是未创建完成的连接。因此在使用时应当注意,可以通过添加while (!socket.finishConnect());来保证连接创建完成。
10、key在cancel后不会立即删除,而是在下一次select()方法调用时再移除。已关闭的通道的key也会在select()时移除。
11、Socket通信在关闭时会给对方发送报文,会触发对方注册的OP_READ,但是在read()时却会因为已经关闭,而发生异常。 注意代码中如何判断对方已关闭。
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标签:14.4,NIO,cbuff,System,阻塞,limit,IO,position,Socket 来源: https://www.cnblogs.com/weststar/p/12926333.html