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BIO：80 年代屌絲追妹

80 年代屌絲男買了一個(gè) BP 機(jī)用來(lái)追妹，男士使用傳呼臺(tái)給女生留言：

男：下午一起看個(gè)電影？[早晨 10 點(diǎn)]

這是男生唯一心動(dòng)的女生，所以一直守著自己的 BP 機(jī)，等待女生回復(fù)，就這樣一天過(guò)去了，直到：

男：BP 沒(méi)電，自動(dòng)關(guān)機(jī)。

名詞解釋

BP 機(jī)和傳呼臺(tái)指的是 BIO 中的流單向傳輸?shù)奶匦?#xff0c;屌絲男士通過(guò)傳呼臺(tái)給 BP 機(jī)發(fā)送消息是單向的，如果是女生通過(guò)傳呼臺(tái)回復(fù)屌絲男士，也是單向的。

這個(gè)女生是男士唯一心動(dòng)的女生，所以他傻等著 BP 機(jī)回復(fù)，即便可能一直不會(huì)有消息，這就是同步阻塞 IO，中 B 的概念。

BIO 的缺點(diǎn)

同步阻塞 IO，如果存在多個(gè)請(qǐng)求的時(shí)候，服務(wù)端必須通過(guò)多線程處理，增加了服務(wù)端的壓力和創(chuàng)建銷毀線程的開(kāi)銷。

如果連接一直沒(méi)有響應(yīng)，服務(wù)端也需要一直監(jiān)聽(tīng)端口等待，浪費(fèi)了服務(wù)端資源。

NIO：80 年代公子哥把妹

80 年代的公子哥買了一個(gè)大哥大，關(guān)鍵是這個(gè)公子哥太花心，同時(shí)中意了兩個(gè)妹子，于是他就開(kāi)始了把妹過(guò)程。
公子哥用大哥大給女 A 打電話：

公子哥 -> 女 A：下午一起看個(gè)電影？[早晨 10 點(diǎn)]
女 A -> 公子哥：我正在吃飯，你晚點(diǎn)再打過(guò)來(lái)？

公子哥用大哥大給女 B 打電話：

公子哥 -> 女 B：下午一起看個(gè)電影？[早晨 10 點(diǎn) 1 分]
女 B -> 公子哥：我正在吃飯，你晚點(diǎn)再打過(guò)來(lái)？

過(guò)了 10 分鐘公子哥再次打電話詢問(wèn)

公子哥 -> 女 A：怎么樣，有空嗎？[早晨 10 點(diǎn) 10 分]
女 A -> 公子哥：我下午陪爸爸打馬球，不去了。
公子哥 -> 女 B：怎么樣，有空嗎？[早晨 10 點(diǎn) 11 分]
女 B -> 公子哥：好呀，下午 3 點(diǎn)來(lái)我家接我吧。
公子哥 -> 女 B：好嘞，我開(kāi)車去接你。

最終公子哥成功了追求到了女 B，這個(gè)故事告訴我們，成功的前提是有錢。(你怎么看？)

名詞解釋

公子哥用上了大哥大，可以實(shí)現(xiàn)雙向的通話，這就是 NIO 中的 Channel，可以實(shí)現(xiàn)雙向的數(shù)據(jù)流傳輸。

公子哥不用像 BP 機(jī)小哥一樣死等著回復(fù)，每次打電話都能得到回復(fù)，掛斷電話一會(huì)兒再來(lái)詢問(wèn)即可，這就是 Channel 的非阻塞特性，也就是 “N” 的體現(xiàn)。

公子哥可以同時(shí)撩兩個(gè)妹子，這就是 NIO 的 IO 多路復(fù)用，也就是 Selector。

公子哥只能同時(shí)和一個(gè)人通話，這就是同步，所以 NIO 的全稱叫做同步非阻塞 IO。

優(yōu)缺點(diǎn)

非阻塞 IO 模型，不需要阻塞在特定的請(qǐng)求。

一個(gè)線程可以處理多個(gè)請(qǐng)求，不需要客戶端和服務(wù)器端一比一的對(duì)應(yīng)，沒(méi)有多線程創(chuàng)建和銷毀帶來(lái)的系統(tǒng)開(kāi)銷。

服務(wù)端不需要死等請(qǐng)求，減少了服務(wù)端壓力。

關(guān)鍵名詞

Channel，雙向傳輸，非阻塞的通道，有FileChannel，DatagramChannel，ServerSocketChannel/SocketChannel 等。

Buffer，數(shù)據(jù)塊的讀寫(xiě)，可以理解字節(jié)數(shù)組，效率高。四個(gè)重要屬性：capacity 容量，position 位置， limit 上限，用戶切換讀寫(xiě)時(shí)候的游標(biāo)，mark 標(biāo)記，標(biāo)記 position 的位置，分為堆內(nèi)內(nèi)存和堆外內(nèi)存，也是 NIO 性能的關(guān)鍵內(nèi)容。

Selector，IO 多路復(fù)用的關(guān)鍵，實(shí)現(xiàn)了循環(huán)查看可以使用的 Channel，解決死等問(wèn)題。

Selector 實(shí)現(xiàn)有多種方式，自己寫(xiě)一個(gè)數(shù)組循環(huán)也是方式，也可以實(shí)現(xiàn) IO 多路復(fù)用，只是性能好壞而已，所以基于底層 poll、select和epoll 也是實(shí)現(xiàn)“遍歷”可用通道的方式不同而已。select 使用輪詢的方式，有 1024 個(gè)連接的限制，poll 去掉了這個(gè)限制依然是輪詢的方式，epoll 是基于系統(tǒng)的注冊(cè)回調(diào)的方式，監(jiān)聽(tīng)系統(tǒng)的事件實(shí)現(xiàn)。

NIO 引入了 Buffer 的概念，每次使用 Buffer 拷貝數(shù)據(jù)其實(shí)是一次從用戶空間(JVM) 向系統(tǒng)空間(系統(tǒng)內(nèi)存) 的一次拷貝， Java 里面提供了 DirectByteBuffer 堆外內(nèi)存，如果使用使用堆外內(nèi)存，可以減少一次系統(tǒng)空間和用戶空間的拷貝，這種現(xiàn)象叫做零拷貝。強(qiáng)調(diào)一下，并不是操作系統(tǒng)不能直接操作 HeapByteBuffer(對(duì)內(nèi)內(nèi)存)，而且在 GC 的作用下，內(nèi)存地址可能隨時(shí)變化，操作的內(nèi)存數(shù)據(jù)不一定準(zhǔn)備。

IO 多路復(fù)用性能更好，針對(duì)的 I/O 密集型應(yīng)用程序，如果是 CPU 密集型應(yīng)用程序，還是通過(guò)多線程的方案。所以很多寫(xiě) IO 多路復(fù)用的文章都會(huì)說(shuō)“多線程的創(chuàng)建，必然存在創(chuàng)建銷毀和切換的開(kāi)銷，在高并發(fā)系統(tǒng)中，會(huì)拖慢整個(gè)系統(tǒng)”，其實(shí)并不是非常的準(zhǔn)確，雖然是想說(shuō)明 I/O 多路復(fù)用的利好，但是確實(shí)有點(diǎn)以偏概全。

AIO：21 世紀(jì)非智能時(shí)代大學(xué)生把妹

21 世紀(jì)初期，還沒(méi)有智能機(jī)，不過(guò)諾基亞 1110 砸核桃神機(jī)已經(jīng)普及了，下面就是新時(shí)代大學(xué)生小王用自己的諾基亞 1110 的把妹過(guò)程。
小王給中意的兩個(gè)女生直接發(fā)短信留言(群發(fā))：

小王 -> 女 A：下午一起看個(gè)電影？[早晨 10 點(diǎn)]
小王 -> 女 B：下午一起看個(gè)電影？[早晨 10 點(diǎn)]

發(fā)完短信小王去看《西游記》去了。10分鐘以后電話響起，收到了妹子的短信，小王拿起了手機(jī)閱讀了消息并進(jìn)行回復(fù)。

女 B -> 小王：好呀，下午 3 點(diǎn)來(lái)我家接我吧 [早晨 10 點(diǎn) 10 分]
小王 -> 女 B：好的，我去接你不見(jiàn)不散。

名詞解釋

小王發(fā)完短信不需要盯著手機(jī)看，也不需要時(shí)不時(shí)看一下手機(jī)，有短信回復(fù)會(huì)有通知，再來(lái)閱讀就好了。這就是 AIO 中的 AsynchronousServerSocketChannel，可以注冊(cè)一個(gè)回調(diào) CompletionHandler，等待有消息的時(shí)候直接通知回調(diào)處理即可。

優(yōu)缺點(diǎn)

AIO 包括了 NIO 的所有優(yōu)缺點(diǎn)的同時(shí)，增加了異步回調(diào)的能力，由此解決的問(wèn)題是不需要同步的等待非阻塞 IO 的反饋，所以 NIO 叫做異步非阻塞 IO 模型。

是時(shí)候展示真正的技術(shù)了

說(shuō)了這么多，用 NIO 實(shí)現(xiàn)一個(gè)把妹聊天程序唄？

服務(wù)器端

public?class?NioServer?{public?void?start()?throws?IOException?{Selector?selector?=?Selector.open();ServerSocketChannel?serverSocketChannel?=?ServerSocketChannel.open();serverSocketChannel.bind(new?InetSocketAddress(6789));serverSocketChannel.configureBlocking(false);serverSocketChannel.register(selector,?SelectionKey.OP_ACCEPT);System.out.println("服務(wù)器啟動(dòng)成功");while?(true)?{selector.select();Set<SelectionKey>?selectionKeys?=?selector.selectedKeys();Iterator<SelectionKey>?iterator?=?selectionKeys.iterator();while?(iterator.hasNext())?{SelectionKey?selectionKey?=?iterator.next();if?(selectionKey.isAcceptable())?{iterator.remove();handleAccept(serverSocketChannel,?selector);}?else?if?(selectionKey.isReadable())?{handleRead(selectionKey);}?else?{System.out.println("其他請(qǐng)求");}}}}private?void?handleRead(SelectionKey?selectionKey)?throws?IOException?{SocketChannel?socketChannel?=?(SocketChannel)?selectionKey.channel();ByteBuffer?byteBuffer?=?ByteBuffer.allocate(1024);StringBuilder?request?=?new?StringBuilder();while?(socketChannel.read(byteBuffer)?>?0)?{byteBuffer.flip();request.append(StandardCharsets.UTF_8.decode(byteBuffer));}if?(request.length()?>?0)?{System.out.println("服務(wù)端收到消息："?+?request.toString());}}private?void?handleAccept(ServerSocketChannel?serverSocketChannel,?Selector?selector)?throws?IOException?{SocketChannel?socketChannel?=?serverSocketChannel.accept();socketChannel.configureBlocking(false);socketChannel.register(selector,?SelectionKey.OP_READ);System.out.println("有新人進(jìn)入聊天室");socketChannel.write(StandardCharsets.UTF_8.encode("進(jìn)入聊天室，現(xiàn)在可以聊天了"));}public?static?void?main(String[]?args)?throws?IOException?{new?NioServer().start();} }

客戶端

public?class?NioClient?{public?void?start()?throws?IOException?{SocketChannel?socketChannel?=?SocketChannel.open(new?InetSocketAddress(6789));Selector?selector?=?Selector.open();socketChannel.configureBlocking(false);socketChannel.register(selector,?SelectionKey.OP_READ);new?Thread(new?NioClientHandler(selector)).start();Scanner?scanner?=?new?Scanner(System.in);while?(scanner.hasNextLine())?{String?request?=?scanner.nextLine();if?(request?!=?null?&&?request.length()?>?0)?{socketChannel.write(StandardCharsets.UTF_8.encode(request));}}}public?static?void?main(String[]?args)?throws?IOException?{new?NioClient().start();}private?class?NioClientHandler?implements?Runnable?{private?Selector?selector;public?NioClientHandler(Selector?selector)?{this.selector?=?selector;}@Overridepublic?void?run()?{try?{while?(true)?{selector.select();Set<SelectionKey>?selectionKeys?=?selector.selectedKeys();Iterator?iterator?=?selectionKeys.iterator();while?(iterator.hasNext())?{SelectionKey?selectionKey?=?(SelectionKey)?iterator.next();SocketChannel?socketChannel?=?(SocketChannel)?selectionKey.channel();ByteBuffer?byteBuffer?=?ByteBuffer.allocate(1024);StringBuilder?response?=?new?StringBuilder();while?(socketChannel.read(byteBuffer)?>?0)?{byteBuffer.flip();response.append(StandardCharsets.UTF_8.decode(byteBuffer));}if?(response.length()?>?0)?{System.out.println("接收服務(wù)端消息:"?+?response);}}}}?catch?(Exception?e)?{e.printStackTrace();}}} }

參考文檔

圖解 | 深入揭秘 epoll 是如何實(shí)現(xiàn) IO 多路復(fù)用的！

解鎖網(wǎng)絡(luò)編程之NIO的前世今生

NIO如何實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用？

深入理解 Java IO

高并發(fā)專題之 IO 多路復(fù)用：Select、Poll、Epoll

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的第一次听人用男女关系讲 N(Non-Blocking)I(进)O(出)，涨姿势了的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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