java网络编程-nio学习阻塞和非阻塞

一、阻塞

• 阻塞模式下，相关方法都会导致线程暂停

  • ServerSocketChannel.accept 会在没有连接建立时让线程暂停

  • SocketChannel.read 会在没有数据可读时让线程暂停

  • 阻塞的表现其实就是线程暂停了，暂停期间不会占用 cpu，但线程相当于闲置

• 单线程下，阻塞方法之间相互影响，几乎不能正常工作，需要多线程支持

• 但多线程下，有新的问题，体现在以下方面

  • 32 位 jvm 一个线程 320k，64 位 jvm 一个线程 1024k，如果连接数过多，必然导致 OOM，并且线程太多，反而会因为频繁上下文切换导致性能降低

  • 可以采用线程池技术来减少线程数和线程上下文切换，但治标不治本，如果有很多连接建立，但长时间 inactive，会阻塞线程池中所有线程，因此不适合长连接，只适合短连接。

服务端事例代码：

1.  
   // 使用 nio 来理解阻塞模式, 单线程
2.  
   // 0. ByteBuffer
3.  
   ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16);
4.  
   // 1. 创建了服务器
5.  
   ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
6.  
    
7.  
   // 2. 绑定监听端口
8.  
   ssc.bind(new InetSocketAddress(8080));
9.  
    
10.  
    // 3. 连接集合
11.  
    List<SocketChannel> channels = new ArrayList<>();
12.  
    while (true) {
13.  
    // 4. accept 建立与客户端连接， SocketChannel 用来与客户端之间通信
14.  
    log.debug("connecting...");
15.  
    SocketChannel sc = ssc.accept(); // 阻塞方法，线程停止运行
16.  
    log.debug("connected... {}", sc);
17.  
    channels.add(sc);
18.  
    for (SocketChannel channel : channels) {
19.  
    // 5. 接收客户端发送的数据
20.  
    log.debug("before read... {}", channel);
21.  
    channel.read(buffer); // 阻塞方法，线程停止运行
22.  
    buffer.flip();
23.  
    debugRead(buffer);
24.  
    buffer.clear();
25.  
    log.debug("after read...{}", channel);
26.  
    }
27.  
    }

客户端：

1.  
   SocketChannel sc = SocketChannel.open();
2.  
   sc.connect(new InetSocketAddress("localhost", 8080));
3.  
   System.out.println("waiting...");

二、非阻塞

• 非阻塞模式下，相关方法都会不会让线程暂停

  • 在 ServerSocketChannel.accept 在没有连接建立时，会返回 null，继续运行

  • SocketChannel.read 在没有数据可读时，会返回 0，但线程不必阻塞，可以去执行其它 SocketChannel 的 read 或是去执行 ServerSocketChannel.accept

  • 写数据时，线程只是等待数据写入 Channel 即可，无需等 Channel 通过网络把数据发送出去

• 但非阻塞模式下，即使没有连接建立，和可读数据，线程仍然在不断运行，白白浪费了 cpu

• 数据复制过程中，线程实际还是阻塞的（AIO 改进的地方）

服务器端demo代码，客户端代码不变

1.  
   // 使用 nio 来理解非阻塞模式, 单线程
2.  
   // 0. ByteBuffer
3.  
   ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16);
4.  
   // 1. 创建了服务器
5.  
   ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
6.  
   ssc.configureBlocking(false); // 非阻塞模式
7.  
   // 2. 绑定监听端口
8.  
   ssc.bind(new InetSocketAddress(8080));
9.  
   // 3. 连接集合
10.  
    List<SocketChannel> channels = new ArrayList<>();
11.  
    while (true) {
12.  
    // 4. accept 建立与客户端连接， SocketChannel 用来与客户端之间通信
13.  
    SocketChannel sc = ssc.accept(); // 非阻塞，线程还会继续运行，如果没有连接建立，但sc是null
14.  
    if (sc != null) {
15.  
    log.debug("connected... {}", sc);
16.  
    sc.configureBlocking(false); // 非阻塞模式
17.  
    channels.add(sc);
18.  
    }
19.  
    for (SocketChannel channel : channels) {
20.  
    // 5. 接收客户端发送的数据
21.  
    int read = channel.read(buffer);// 非阻塞，线程仍然会继续运行，如果没有读到数据，read 返回 0
22.  
    if (read > 0) {
23.  
    buffer.flip();
24.  
    debugRead(buffer);
25.  
    buffer.clear();
26.  
    log.debug("after read...{}", channel);
27.  
    }
28.  
    }
29.  
    }

三、多路复用

单线程可以配合 Selector 完成对多个 Channel 可读写事件的监控，这称之为多路复用。

• 多路复用仅针对网络 IO、普通文件 IO 没法利用多路复用

• 如果不用 Selector 的非阻塞模式，线程大部分时间都在做无用功，而 Selector 能够保证

  • 有可连接事件时才去连接

  • 有可读事件才去读取

  • 有可写事件才去写入

    • 限于网络传输能力，Channel 未必时时可写，一旦 Channel 可写，会触发 Selector 的可写事件

好处

• 一个线程配合 selector 就可以监控多个 channel 的事件，事件发生线程才去处理。避免非阻塞模式下所做无用功

• 让这个线程能够被充分利用

• 节约了线程的数量

• 减少了线程上下文切换

创建

Selector selector = Selector.open();

绑定 Channel 事件

也称之为注册事件，绑定的事件 selector 才会关心

1.  
   channel.configureBlocking(false);
2.  
   SelectionKey key = channel.register(selector, 绑定事件);

• channel 必须工作在非阻塞模式

• FileChannel 没有非阻塞模式，因此不能配合 selector 一起使用

• 绑定的事件类型可以有

  • connect - 客户端连接成功时触发

  • accept - 服务器端成功接受连接时触发

  • read - 数据可读入时触发，有因为接收能力弱，数据暂不能读入的情况

  • write - 数据可写出时触发，有因为发送能力弱，数据暂不能写出的情况

监听 Channel 事件

可以通过下面三种方法来监听是否有事件发生，方法的返回值代表有多少 channel 发生了事件

方法1，阻塞直到绑定事件发生  （常用）

int count = selector.select();

方法2，阻塞直到绑定事件发生，或是超时（时间单位为 ms）

int count = selector.select(long timeout);

方法3，不会阻塞，也就是不管有没有事件，立刻返回，自己根据返回值检查是否有事件

int count = selector.selectNow();

select 何时不阻塞

• 事件发生时

  • 客户端发起连接请求，会触发 accept 事件

  • 客户端发送数据过来，客户端正常、异常关闭时，都会触发 read 事件，另外如果发送的数据大于 buffer 缓冲区，会触发多次读取事件

  • channel 可写，会触发 write 事件

  • 在 linux 下 nio bug 发生时

• 调用 selector.wakeup()

• 调用 selector.close()

• selector 所在线程 interrupt

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