原生JDK网络编程:NIO篇
原生JDK网络编程之NIO篇
一、NIO是什么
NIO库是在JDK1.4中引入的。NIO弥补了原来的I/O的不足,它在标准Java代码中提供了高速的、面向块的I/O。
NIO可以称为 no-blocking io 或者 new io都可以。
二、NIO和BIO的主要区别
1、面向流和面向缓冲
BIO是面向流的,NIO是面向缓冲区的。
BIO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。
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。
2、阻塞与非阻塞IO
BIO的流是阻塞的。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。
NIO是非阻塞的。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读时,就什么都不会获取,而不是保持线程阻塞,在数据变的可读之前,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他通道上执行IO操作,所以一个单独的线程可以管理多个输入输出通道。
三、NIO三个核心组件
1、Selector选择器
Java NIO的选择器允许一个单独的线程来监视多个输入通道,你可以使用一个选择器注册多个通道,然后使用一个线程来操作这个选择器,进而选择通道。
2、Channel管道
通道,被建立的一个应用程序和操作系统交互事件、传递内容的渠道(注意是连接到操作系统)。那么既然是和操作系统进行内容的传递,那么说明应用程序可以通过通道读取数据,也可以通过通道向操作系统写数据,而且可以同时进行读写。
所有被Selector注册的通道,只能是集成了SelectableChannel类的子类。
ServerSocketChannel:应用服务器程序的监听通道。
SocketChannel:TCP Socket套接字的监听通道。
通道中的数据总是要先读到一个Buffer,或者总是要从一个Buffer中写入。
3、Buffer缓冲区
4、各组件的联系和使用
四、SelectionKey
SelectionKey是一个抽象类,表示selectableChannel在Selector中注册的标识。每个Channel向Selector注册时,都将会创建一个SelectionKey。SelectionKey将Channel与Selector建立了关系,并维护了channel事件。
可以通过cancel方法取消减,取消的键不会立即从selector中移除,而是添加到cancelledKeys中,在下一次select操作时移除它、所有在调用某个key时,需要使用isValid进行校验。
1、OP_READ
当操作系统读缓冲区有数据可读时就绪。读缓冲区并非时刻都有数据可读,所以channel一般需要注册该操作,仅当缓冲区有数据就绪时才发起读操作,有的放矢,避免浪费CPU。
2、OP_WRITE
当操作系统写缓冲区有空闲空间时就绪。一般情况下写缓冲区都有空闲空间,小块数据直接写入即可,没必要注册该操作类型,否则该条件不断就绪会浪费CPU;但如果是写密集型的任务,比如文件下载等,缓冲区很可能满,注册该类型就很有必要,同时注意写完后取消注册。
3、OP_CONNECT
当SocketChannel.connect()请求连接成功后就绪。该操作只给客户端使用。
4、OP_ACCEPT
当接收到一个客户端连接请求时就绪,该操作只给服务器使用。
五、BUFFER
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