1.???基本?概念

IO?是主存和外部設(shè)備?(?硬盤、終端和網(wǎng)絡(luò)等?)?拷貝數(shù)據(jù)的過程。?IO?是操作系統(tǒng)的底層功能實現(xiàn)，底層通過?I/O?指令進行完成。

所有語言運行時系統(tǒng)提供執(zhí)行?I/O?較高級別的工具。?(c?的?printf scanf,java?的面向?qū)ο蠓庋b?)

2.????Java?標(biāo)準(zhǔn)?io?回顧

Java?標(biāo)準(zhǔn)?IO?類庫是?io?面向?qū)ο蟮囊环N抽象。基于本地方法的底層實現(xiàn)，我們無須關(guān)注底層實現(xiàn)。InputStream\OutputStream(?字節(jié)流?)?：一次傳送一個字節(jié)。?Reader\Writer(?字符流?)?：一次一個字符。

3.????nio?簡介

nio?是?java New IO?的簡稱，在?jdk1.4?里提供的新?api?。?Sun?官方標(biāo)榜的特性如下：

–?????為所有的原始類型提供?(Buffer)?緩存支持。

–?????字符集編碼解碼解決方案。

–?????Channel?：一個新的原始?I/O?抽象。

–?????支持鎖和內(nèi)存映射文件的文件訪問接口。

–?????提供多路?(non-bloking)?非阻塞式的高伸縮性網(wǎng)絡(luò)?I/O?。

本文將圍繞這幾個特性進行學(xué)習(xí)和介紹。

4.???Buffer&Chanel

Channel?和?buffer?是?NIO?是兩個最基本的數(shù)據(jù)類型抽象。

Buffer:

–????????是一塊連續(xù)的內(nèi)存塊。

–????????是?NIO?數(shù)據(jù)讀或?qū)懙闹修D(zhuǎn)地。

Channel:

–????????數(shù)據(jù)的源頭或者數(shù)據(jù)的目的地

–????????用于向?buffer?提供數(shù)據(jù)或者讀取?buffer?數(shù)據(jù)?,buffer?對象的唯一接口。

–?????????異步?I/O?支持

?

圖1：channel和buffer關(guān)系
?

?

例子?1:CopyFile.java:

?

Java代碼??

package?sample;??

??

import?java.io.FileInputStream;??

import?java.io.FileOutputStream;??

import?java.nio.ByteBuffer;??

import?java.nio.channels.FileChannel;??

??

public?class?CopyFile?{??

????public?static?void?main(String[]?args)?throws?Exception?{??

????????String?infile?=?"C:\\copy.sql";??

????????String?outfile?=?"C:\\copy.txt";??

????????//?獲取源文件和目標(biāo)文件的輸入輸出流??

????????FileInputStream?fin?=?new?FileInputStream(infile);??

????????FileOutputStream?fout?=?new?FileOutputStream(outfile);??

????????//?獲取輸入輸出通道??

????????FileChannel?fcin?=?fin.getChannel();??

????????FileChannel?fcout?=?fout.getChannel();??

????????//?創(chuàng)建緩沖區(qū)??

????????ByteBuffer?buffer?=?ByteBuffer.allocate(1024);??

????????while?(true)?{??

????????????//?clear方法重設(shè)緩沖區(qū)，使它可以接受讀入的數(shù)據(jù)??

????????????buffer.clear();??

????????????//?從輸入通道中將數(shù)據(jù)讀到緩沖區(qū)??

????????????int?r?=?fcin.read(buffer);??

????????????//?read方法返回讀取的字節(jié)數(shù)，可能為零，如果該通道已到達流的末尾，則返回-1??

????????????if?(r?==?-1)?{??

????????????????break;??

????????????}??

????????????//?flip方法讓緩沖區(qū)可以將新讀入的數(shù)據(jù)寫入另一個通道??

????????????buffer.flip();??

????????????//?從輸出通道中將數(shù)據(jù)寫入緩沖區(qū)??

????????????fcout.write(buffer);??

????????}??

????}??

}??

?

?

其中?buffer?內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下?(?下圖拷貝自資料?):

?

圖2：buffer內(nèi)部結(jié)構(gòu)?

一個?buffer?主要由?position,limit,capacity?三個變量來控制讀寫的過程。此三個變量的含義見如下表格：

參數(shù)	寫模式???	讀模式
position	當(dāng)前寫入的單位數(shù)據(jù)數(shù)量。	當(dāng)前讀取的單位數(shù)據(jù)位置。
limit	代表最多能寫多少單位數(shù)據(jù)和容量是一樣的。	代表最多能讀多少單位數(shù)據(jù)，和之前寫入的單位數(shù)據(jù)量一致。
capacity	buffer?容量	buffer?容量

Buffer?常見方法：

flip():?寫模式轉(zhuǎn)換成讀模式

rewind()?：將?position?重置為?0?，一般用于重復(fù)讀。

clear()?：清空?buffer?，準(zhǔn)備再次被寫入?(position?變成?0?，?limit?變成?capacity)?。

compact():?將未讀取的數(shù)據(jù)拷貝到?buffer?的頭部位。

mark()?、?reset():mark?可以標(biāo)記一個位置，?reset?可以重置到該位置。

Buffer?常見類型：?ByteBuffer?、?MappedByteBuffer?、?CharBuffer?、?DoubleBuffer?、?FloatBuffer?、IntBuffer?、?LongBuffer?、?ShortBuffer?。

channel?常見類型?:FileChannel?、?DatagramChannel(UDP)?、?SocketChannel(TCP)?、ServerSocketChannel(TCP)

在本機上面做了個簡單的性能測試。我的筆記本性能一般。?(?具體代碼可以見附件。見nio.sample.filecopy?包下面的例子?)?以下是參考數(shù)據(jù)：

–????????場景?1?：?Copy?一個?370M?的文件

–????????場景?2:?三個線程同時拷貝，每個線程拷貝一個?370M?文件

?

場景	FileInputStream+ FileOutputStream	FileInputStream+ BufferedInputStream+ FileOutputStream	ByteBuffer+ FileChannel	MappedByteBuffer +FileChannel
場景一時間?(?毫秒)?????????????????	25155	17500	19000	16500
場景二時間?(?毫秒)	69000	67031	74031	71016

5.????nio.charset

字符編碼解碼?:?字節(jié)碼本身只是一些數(shù)字，放到正確的上下文中被正確被解析。向?ByteBuffer?中存放數(shù)據(jù)時需要考慮字符集的編碼方式，讀取展示?ByteBuffer?數(shù)據(jù)時涉及對字符集解碼。

Java.nio.charset?提供了編碼解碼一套解決方案。

以我們最常見的?http?請求為例，在請求的時候必須對請求進行正確的編碼。在得到響應(yīng)時必須對響應(yīng)進行正確的解碼。

以下代碼向?baidu?發(fā)一次請求，并獲取結(jié)果進行顯示。例子演示到了?charset?的使用。

例子?2BaiduReader.java

Java代碼??

package?nio.readpage;??

??

import?java.nio.ByteBuffer;??

import?java.nio.channels.SocketChannel;??

import?java.nio.charset.Charset;??

import?java.net.InetSocketAddress;??

import?java.io.IOException;??

public?class?BaiduReader?{??

????private?Charset?charset?=?Charset.forName("GBK");//?創(chuàng)建GBK字符集??

????private?SocketChannel?channel;??

????public?void?readHTMLContent()?{??

????????try?{??

????????????InetSocketAddress?socketAddress?=?new?InetSocketAddress(??

"www.baidu.com",?80);??

//step1:打開連接??

????????????channel?=?SocketChannel.open(socketAddress);??

????????//step2:發(fā)送請求，使用GBK編碼??

????????????channel.write(charset.encode("GET?"?+?"/?HTTP/1.1"?+?"\r\n\r\n"));??

????????????//step3:讀取數(shù)據(jù)??

????????????ByteBuffer?buffer?=?ByteBuffer.allocate(1024);//?創(chuàng)建1024字節(jié)的緩沖??

????????????while?(channel.read(buffer)?!=?-1)?{??

????????????????buffer.flip();//?flip方法在讀緩沖區(qū)字節(jié)操作之前調(diào)用。??

????????????????System.out.println(charset.decode(buffer));??

????????????????//?使用Charset.decode方法將字節(jié)轉(zhuǎn)換為字符串??

????????????????buffer.clear();//?清空緩沖??

????????????}??

????????}?catch?(IOException?e)?{??

????????????System.err.println(e.toString());??

????????}?finally?{??

????????????if?(channel?!=?null)?{??

????????????????try?{??

????????????????????channel.close();??

????????????????}?catch?(IOException?e)?{??

????????????????}??

????????????}??

????????}??

????}??

????public?static?void?main(String[]?args)?{??

????????new?BaiduReader().readHTMLContent();??

????}??

}??

?

6.??????非阻塞 IO

關(guān)于非阻塞?IO?將從何為阻塞、何為非阻塞、非阻塞原理和異步核心?API?幾個方面來理解。

何為阻塞？

一個常見的網(wǎng)絡(luò)?IO?通訊流程如下?:

?

?

圖3：網(wǎng)絡(luò)通訊基本過程

從該網(wǎng)絡(luò)通訊過程來理解一下何為阻塞?:

在以上過程中若連接還沒到來，那么?accept?會阻塞?,?程序運行到這里不得不掛起，?CPU?轉(zhuǎn)而執(zhí)行其他線程。

在以上過程中若數(shù)據(jù)還沒準(zhǔn)備好，?read?會一樣也會阻塞。

阻塞式網(wǎng)絡(luò)?IO?的特點：多線程處理多個連接。每個線程擁有自己的棧空間并且占用一些?CPU?時間。每個線程遇到外部為準(zhǔn)備好的時候，都會阻塞掉。阻塞的結(jié)果就是會帶來大量的進程上下文切換。且大部分進程上下文切換可能是無意義的。比如假設(shè)一個線程監(jiān)聽一個端口，一天只會有幾次請求進來，但是該?cpu?不得不為該線程不斷做上下文切換嘗試，大部分的切換以阻塞告終。

?

何為非阻塞？

下面有個隱喻：

一輛從?A?開往?B?的公共汽車上，路上有很多點可能會有人下車。司機不知道哪些點會有哪些人會下車，對于需要下車的人，如何處理更好？

1.?司機過程中定時詢問每個乘客是否到達目的地，若有人說到了，那么司機停車，乘客下車。?(?類似阻塞式?)

2.?每個人告訴售票員自己的目的地，然后睡覺，司機只和售票員交互，到了某個點由售票員通知乘客下車。?(?類似非阻塞?)

很顯然，每個人要到達某個目的地可以認(rèn)為是一個線程，司機可以認(rèn)為是?CPU?。在阻塞式里面，每個線程需要不斷的輪詢，上下文切換，以達到找到目的地的結(jié)果。而在非阻塞方式里，每個乘客?(?線程?)?都在睡覺?(?休眠?)?，只在真正外部環(huán)境準(zhǔn)備好了才喚醒，這樣的喚醒肯定不會阻塞。

??非阻塞的原理

把整個過程切換成小的任務(wù)，通過任務(wù)間協(xié)作完成。

由一個專門的線程來處理所有的?IO?事件，并負(fù)責(zé)分發(fā)。

事件驅(qū)動機制：事件到的時候觸發(fā)，而不是同步的去監(jiān)視事件。

線程通訊：線程之間通過?wait,notify?等方式通訊。保證每次上下文切換都是有意義的。減少無謂的進程切換。

以下是異步?IO?的結(jié)構(gòu)：

?

?

圖4：非阻塞基本原理

?

Reactor?就是上面隱喻的售票員角色。每個線程的處理流程大概都是讀取數(shù)據(jù)、解碼、計算處理、編碼、發(fā)送響應(yīng)。

異步?IO?核心?API

Selector

異步?IO?的核心類，它能檢測一個或多個通道?(channel)?上的事件，并將事件分發(fā)出去。

使用一個?select?線程就能監(jiān)聽多個通道上的事件，并基于事件驅(qū)動觸發(fā)相應(yīng)的響應(yīng)。而不需要為每個?channel?去分配一個線程。

SelectionKey

包含了事件的狀態(tài)信息和時間對應(yīng)的通道的綁定。

?

轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/jiligalaer/p/3968062.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的JAVA NIO 简介(转)的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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