java IO模型和NIO编程

java IO模型及NIO编程

1.1java支持的网络模型

• BIO(同步阻塞IO)
• NIO(同步非阻塞IO)
• AIO(异步IO)

1.2.阻塞和非阻塞区别

主要指的是访问IO的线程是否会阻塞（或处于等待）
线程访问资源，该资源是否准备就绪的一种处理方式

比如当线程获取资源B之前必须先等待获取资源A，等待A获取完毕后才能进行操作则为阻塞，否则为非阻塞

1.3.同步和异步区别

主要是获取数据的方式，同步异步是等待数据返回，异步异步采用回调，处理完毕通知的方式

1.4.BIO(同步并阻塞IO)

Java BIO就是传统的 socket编程.

BIO(blocking I/O) ： 同步阻塞，服务器实现模式为一个连接一个线程，即客户端有连接请求时服务器
端就需要启动一个线程进行处理，如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销，可以通过线程
池机制改善(实现多个客户连接服务器)。

1.4.1.模型图

1.4.2.BIO存在的缺点

• 每个请求都需要创建独立的线程，与对应的客户端进行数据 Read，业务处理，数据 Write
• 并发数较大时，需要创建大量线程来处理连接，系统资源占用较大
• 连接建立后，如果当前线程暂时没有数据可读，则线程就阻塞在 Read 操作上，造成线程资源浪费

1.5. NIO(同步非阻塞)

同步非阻塞，服务器实现模式为一个线程处理多个请求(连接)，即客户端发送的连接请求都会注册到
多路复用器上，多路复用器轮询到连接有 I/O 请求就进行处理

1.6 AIO(异步非阻塞)

AIO 引入异步通道的概念，采用了 Proactor 模式，简化了程序编写，有效的请求才启动线程，它的
特点是先由操作系统完成后才通知服务端程序启动线程去处理，一般适用于连接数较多且连接时间较长
的应用

AIO采用异步通知的方式，如事件驱动，当有操作时主动通知服务器。

2.NIO编程

2.1NIO三大核心知识

1. Channel（通道）

2. Buffer（缓存） 面向缓冲区进行编程，可以

3. Selector(选择器)

   Java NIO 的非阻塞模式 。使一个线程从某通道发送请求或者读取数据，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。

NIO 的 Selector 、 Channel 和 Buffer 的关系：

1. 每个 channel 都会对应一个 Buffer

2. Selector 对应一个线程， 一个线程对应多个 channel(连接)

3. 每个 channel 都注册到 Selector选择器上

4. Selector不断轮询查看Channel上的事件, 事件是通道Channel非常重要的概念

5. Selector 会根据不同的事件，完成不同的处理操作

6. Buffer 就是一个内存块 ， 底层是有一个数组

7. 数据的读取写入是通过 Buffer, 这个和 BIO , BIO 中要么是输入流，或者是输出流, 不能双向，但是 NIO 的 Buffer 是可以读也可以写 , channel 是双向的.

基于NIO服务端的代码实现：

package com.moon.server;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.nio.charset.StandardCharsets;

/**
 * @ClassName NIOServer
 * @Author zhangqing
 * @Date 2022/8/15
 * @Description 基于NIO服务端实现
 * @Version 1.0
 */
@Slf4j
public class NIOServer {
    public NIOServer() {
        initService();
    }

    private void initService() {
        try {
            //1. 打开一个服务端通道
            ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
            //2. 绑定对应的端口号
            int port = 8877;
            serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(port));
            //3. 通道默认是阻塞的，需要设置为非阻塞 true(默认) 为通道阻塞 false 为非阻塞
            serverSocketChannel.configureBlocking(false);
            log.info("NIO服务器启动成功,绑定端口为{}"   port);
            while (true) {
                handle(serverSocketChannel);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

    private void handle(ServerSocketChannel serverSocketChannel) {
        // 检查是否有客户端连接 有客户端连接会返回对应的通道 , 否则返回null
        try {
            SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
            if (socketChannel == null) {
                log.info("没有客户端连接");
                Thread.sleep(2000);
                return;
            }
            //获取客户端传递过来的数据,并把数据放在byteBuffer这个缓冲区中

            ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
            int read = socketChannel.read(byteBuffer);
            log.info("客户端发送的消息为：{}", new String(byteBuffer.array(), 0, read));
            socketChannel.write(ByteBuffer.wrap("我是服务端".getBytes(StandardCharsets.UTF_8)));
            socketChannel.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

    public static void main(String[] args) {
        NIOServer nioServer = new NIOServer();
    }

}

基于NIO客户端端的代码实现：

package com.moon.client;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.nio.charset.StandardCharsets;

/**
 * @ClassName NIOClient
 * @Author zhangqing
 * @Date 2022/8/15
 * @Description Nio客户端
 * @Version 1.0
 */
@Slf4j
public class NIOClient {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
            socketChannel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8877));
            socketChannel.write(ByteBuffer.wrap("我是客户端 小明".getBytes(StandardCharsets.UTF_8)));
            ByteBuffer allocate = ByteBuffer.allocate(1024);
            int read = socketChannel.read(allocate);
            log.info("服务器返回的数据为{}", new String(allocate.array(),0,read, StandardCharsets.UTF_8));
            socketChannel.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}

运行效果：

service :

17:26:48.146 [main] INFO com.moon.server.NIOServer - NIO服务器启动成功,绑定端口为{}8877
17:26:48.149 [main] INFO com.moon.server.NIOServer - 没有客户端连接
17:26:50.150 [main] INFO com.moon.server.NIOServer - 没有客户端连接
17:26:52.156 [main] INFO com.moon.server.NIOServer - 客户端发送的消息为：我是客户端 小明
17:26:52.158 [main] INFO com.moon.server.NIOServer - 没有客户端连接
17:26:54.159 [main] INFO com.moon.server.NIOServer - 没有客户端连接
17:26:56.162 [main] INFO com.moon.server.NIOServer - 没有客户端连接
17:26:58.164 [main] INFO com.moon.server.NIOServer - 没有客户端连接


client :
17:26:52.160 [main] INFO com.moon.client.NIOClient - 服务器返回的数据为我是服务端

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