來源：微信公眾號(hào)【編程新說】

曾經(jīng)的VIP服務(wù)

在網(wǎng)絡(luò)的初期，網(wǎng)民很少，服務(wù)器完全無壓力，那時(shí)的技術(shù)也沒有現(xiàn)在先進(jìn)，通常用一個(gè)線程來全程跟蹤處理一個(gè)請求。因?yàn)檫@樣最簡單。

其實(shí)代碼實(shí)現(xiàn)大家都知道，就是服務(wù)器上有個(gè)ServerSocket在某個(gè)端口監(jiān)聽，接收到客戶端的連接后，會(huì)創(chuàng)建一個(gè)Socket，并把它交給一個(gè)線程進(jìn)行后續(xù)處理。

線程主要從Socket讀取客戶端傳過來的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，并把結(jié)果再寫入Socket傳回客戶端。

由于網(wǎng)絡(luò)的原因，Socket創(chuàng)建后并不一定能立刻從它上面讀取數(shù)據(jù)，可能需要等一段時(shí)間，此時(shí)線程也必須一直阻塞著。在向Socket寫入數(shù)據(jù)時(shí)，也可能會(huì)使線程阻塞。

這里準(zhǔn)備了一個(gè)示例，主要邏輯如下：

客戶端：創(chuàng)建20個(gè)Socket并連接到服務(wù)器上，再創(chuàng)建20個(gè)線程，每個(gè)線程負(fù)責(zé)一個(gè)Socket。

服務(wù)器端：接收到這20個(gè)連接，創(chuàng)建20個(gè)Socket，接著創(chuàng)建20個(gè)線程，每個(gè)線程負(fù)責(zé)一個(gè)Socket。

為了模擬服務(wù)器端的Socket在創(chuàng)建后不能立馬讀取數(shù)據(jù)，讓客戶端的20個(gè)線程分別休眠5-10之間的一個(gè)隨機(jī)秒數(shù)。

客戶端的20個(gè)線程會(huì)在第5秒到第10秒這段時(shí)間內(nèi)陸陸續(xù)續(xù)的向服務(wù)器端發(fā)送數(shù)據(jù)，服務(wù)器端的20個(gè)線程也會(huì)陸陸續(xù)續(xù)接收到數(shù)據(jù)。

/*** @author lixinjie* @since 2019-05-07*/ public class BioServer {static AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);static SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss"); public static void main(String[] args) {try {ServerSocket ss = new ServerSocket();ss.bind(new InetSocketAddress("localhost", 8080));while (true) {Socket s = ss.accept();processWithNewThread(s);}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}static void processWithNewThread(Socket s) {Runnable run = () -> {InetSocketAddress rsa = (InetSocketAddress)s.getRemoteSocketAddress();System.out.println(time() + "->" + rsa.getHostName() + ":" + rsa.getPort() + "->" + Thread.currentThread().getId() + ":" + counter.incrementAndGet());try {String result = readBytes(s.getInputStream());System.out.println(time() + "->" + result + "->" + Thread.currentThread().getId() + ":" + counter.getAndDecrement());s.close();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}};new Thread(run).start();}static String readBytes(InputStream is) throws Exception {long start = 0;int total = 0;int count = 0;byte[] bytes = new byte[1024];//開始讀數(shù)據(jù)的時(shí)間long begin = System.currentTimeMillis();while ((count = is.read(bytes)) > -1) {if (start < 1) {//第一次讀到數(shù)據(jù)的時(shí)間start = System.currentTimeMillis();}total += count;}//讀完數(shù)據(jù)的時(shí)間long end = System.currentTimeMillis();return "wait=" + (start - begin) + "ms,read=" + (end - start) + "ms,total=" + total + "bs";}static String time() {return sdf.format(new Date());} } /*** @author lixinjie* @since 2019-05-07*/ public class Client {public static void main(String[] args) {try {for (int i = 0; i < 20; i++) {Socket s = new Socket();s.connect(new InetSocketAddress("localhost", 8080));processWithNewThread(s, i);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}static void processWithNewThread(Socket s, int i) {Runnable run = () -> {try {//睡眠隨機(jī)的5-10秒，模擬數(shù)據(jù)尚未就緒Thread.sleep((new Random().nextInt(6) + 5) * 1000);//寫1M數(shù)據(jù)，為了拉長服務(wù)器端讀數(shù)據(jù)的過程s.getOutputStream().write(prepareBytes());//睡眠1秒，讓服務(wù)器端把數(shù)據(jù)讀完Thread.sleep(1000);s.close();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}};new Thread(run).start();}static byte[] prepareBytes() {byte[] bytes = new byte[1024*1024*1];for (int i = 0; i < bytes.length; i++) {bytes[i] = 1;}return bytes;} }

執(zhí)行結(jié)果如下：

時(shí)間->IP:Port->線程Id:當(dāng)前線程數(shù) 15:11:52->127.0.0.1:55201->10:1 15:11:52->127.0.0.1:55203->12:2 15:11:52->127.0.0.1:55204->13:3 15:11:52->127.0.0.1:55207->16:4 15:11:52->127.0.0.1:55208->17:5 15:11:52->127.0.0.1:55202->11:6 15:11:52->127.0.0.1:55205->14:7 15:11:52->127.0.0.1:55206->15:8 15:11:52->127.0.0.1:55209->18:9 15:11:52->127.0.0.1:55210->19:10 15:11:52->127.0.0.1:55213->22:11 15:11:52->127.0.0.1:55214->23:12 15:11:52->127.0.0.1:55217->26:13 15:11:52->127.0.0.1:55211->20:14 15:11:52->127.0.0.1:55218->27:15 15:11:52->127.0.0.1:55212->21:16 15:11:52->127.0.0.1:55215->24:17 15:11:52->127.0.0.1:55216->25:18 15:11:52->127.0.0.1:55219->28:19 15:11:52->127.0.0.1:55220->29:20時(shí)間->等待數(shù)據(jù)的時(shí)間,讀取數(shù)據(jù)的時(shí)間,總共讀取的字節(jié)數(shù)->線程Id:當(dāng)前線程數(shù) 15:11:58->wait=5012ms,read=1022ms,total=1048576bs->17:20 15:11:58->wait=5021ms,read=1022ms,total=1048576bs->13:19 15:11:58->wait=5034ms,read=1008ms,total=1048576bs->11:18 15:11:58->wait=5046ms,read=1003ms,total=1048576bs->12:17 15:11:58->wait=5038ms,read=1005ms,total=1048576bs->23:16 15:11:58->wait=5037ms,read=1010ms,total=1048576bs->22:15 15:11:59->wait=6001ms,read=1017ms,total=1048576bs->15:14 15:11:59->wait=6016ms,read=1013ms,total=1048576bs->27:13 15:11:59->wait=6011ms,read=1018ms,total=1048576bs->24:12 15:12:00->wait=7005ms,read=1008ms,total=1048576bs->20:11 15:12:00->wait=6999ms,read=1020ms,total=1048576bs->14:10 15:12:00->wait=7019ms,read=1007ms,total=1048576bs->26:9 15:12:00->wait=7012ms,read=1015ms,total=1048576bs->21:8 15:12:00->wait=7023ms,read=1008ms,total=1048576bs->25:7 15:12:01->wait=7999ms,read=1011ms,total=1048576bs->18:6 15:12:02->wait=9026ms,read=1014ms,total=1048576bs->10:5 15:12:02->wait=9005ms,read=1031ms,total=1048576bs->19:4 15:12:03->wait=10007ms,read=1011ms,total=1048576bs->16:3 15:12:03->wait=10006ms,read=1017ms,total=1048576bs->29:2 15:12:03->wait=10010ms,read=1022ms,total=1048576bs->28:1

可以看到服務(wù)器端確實(shí)為每個(gè)連接創(chuàng)建一個(gè)線程，共創(chuàng)建了20個(gè)線程。

客戶端進(jìn)入休眠約5-10秒，模擬連接上數(shù)據(jù)不就緒，服務(wù)器端線程在等待，等待時(shí)間約5-10秒。

客戶端陸續(xù)結(jié)束休眠，往連接上寫入1M數(shù)據(jù)，服務(wù)器端開始讀取數(shù)據(jù)，整個(gè)讀取過程約1秒。

可以看到，服務(wù)器端的工作線程會(huì)把時(shí)間花在“等待數(shù)據(jù)”和“讀取數(shù)據(jù)”這兩個(gè)過程上。

這有兩個(gè)不好的地方：

一是有很多客戶端同時(shí)發(fā)起請求的話，服務(wù)器端要?jiǎng)?chuàng)建很多的線程，可能會(huì)因?yàn)槌^了上限而造成崩潰。

二是每個(gè)線程的大部分時(shí)光中都是在阻塞著，無事可干，造成極大的資源浪費(fèi)。

開頭已經(jīng)說了那個(gè)年代網(wǎng)民很少，所以，不可能會(huì)有大量請求同時(shí)過來。至于資源浪費(fèi)就浪費(fèi)吧，反正閑著也是閑著。

來個(gè)簡單的小例子：

飯店共有10張桌子，且配備了10位服務(wù)員。只要有客人來了，大堂經(jīng)理就把客人帶到一張桌子，并安排一位服務(wù)員全程陪同。

即使客人暫時(shí)不需要服務(wù)，服務(wù)員也一直在旁邊站著。可能覺著是一種浪費(fèi)，其實(shí)非也，這就是尊貴的VIP服務(wù)。

其實(shí)，VIP映射的是一對一的模型，主要體現(xiàn)在“專用”上或“私有”上。

真正的多路復(fù)用技術(shù)

多路復(fù)用技術(shù)原本指的是，在通信方面，多種信號(hào)或數(shù)據(jù)（從宏觀上看）交織在一起，使用同一條傳輸通道進(jìn)行傳輸。

這樣做的目的，一方面可以充分利用通道的傳輸能力，另一方面自然是省時(shí)省力省錢啦。

其實(shí)這個(gè)概念非常的“生活化”，隨手就可以舉個(gè)例子：

一條小水渠里水在流，在一端往里倒入大量乒乓球，在另一端用網(wǎng)進(jìn)行過濾，把乒乓球和水流分開。

這就是一個(gè)比較“土”的多路復(fù)用，首先在發(fā)射端把多種信號(hào)或數(shù)據(jù)進(jìn)行“混合”，接著是在通道上進(jìn)行傳輸，最后在接收端“分離”出自己需要的信號(hào)或數(shù)據(jù)。

相信大家都看出來了，這里的重點(diǎn)其實(shí)就是處理好“混合”和“分離”，對于不同的信號(hào)或數(shù)據(jù)，有不同的處理方法。

比如以前的有線電視是模擬信號(hào)，即電磁波。一家一般只有一根信號(hào)線，但可以同時(shí)接多個(gè)電視，每個(gè)電視任意換臺(tái)，互不影響。

這是由于不同頻率的波可以混合和分離。（當(dāng)然，可能不是十分準(zhǔn)確，明白意思就行了。）

再比如城市的高鐵站一般都有數(shù)個(gè)站臺(tái)供高鐵（同時(shí)）停靠，但城市間的高鐵軌道單方向只有一條，如何保證那么多趟高鐵安全運(yùn)行呢？

很明顯是分時(shí)使用，每趟高鐵都有自己的時(shí)刻。多趟高鐵按不同的時(shí)刻出站相當(dāng)于混合，按不同的時(shí)刻進(jìn)站相當(dāng)于分離。

總結(jié)一下，多路指的是多種不同的信號(hào)或數(shù)據(jù)或其它事物，復(fù)用指的是共用同一個(gè)物理鏈路或通道或載體。

可見，多路復(fù)用技術(shù)是一種一對多的模型，“多”的這一方復(fù)用了“一”的這一方。

其實(shí)，一對多的模型主要體現(xiàn)在“公用”上或“共享”上。

您先看著，我一會(huì)再過來

一對一服務(wù)是典型的有錢任性，雖然響應(yīng)及時(shí)、服務(wù)周到，但不是每個(gè)人都能享受的，畢竟還是“屌絲”多嘛，那就來個(gè)共享服務(wù)吧。

所以實(shí)際當(dāng)中更多的情況是，客人坐下后，會(huì)給他一個(gè)菜單，讓他先看著，反正也不可能立馬點(diǎn)餐，服務(wù)員就去忙別的了。

可能不時(shí)的會(huì)有服務(wù)員從客人身旁經(jīng)過，發(fā)現(xiàn)客人還沒有點(diǎn)餐，就會(huì)主動(dòng)去詢問現(xiàn)在需要點(diǎn)餐嗎？

如果需要，服務(wù)員就給你寫菜單，如果不需要，服務(wù)員就繼續(xù)往前走了。

這種情況飯店整體運(yùn)行的也很好，但是服務(wù)員人數(shù)少多了。現(xiàn)在服務(wù)10桌客人，4個(gè)服務(wù)員綽綽有余。（這節(jié)省的可都是純利潤呀。)

因?yàn)?0桌客人同時(shí)需要服務(wù)的情況幾乎是不會(huì)發(fā)生的，絕大部分情況都是錯(cuò)開的。如果真有的話，那就等會(huì)好了，又不是120/119，人命關(guān)天的。

回到代碼里，情況與之非常相似，完全可以采用相同的理論去處理。

連接建立后，找個(gè)地方把它放到那里，可以暫時(shí)先不管它，反正此時(shí)也沒有數(shù)據(jù)可讀。

但是數(shù)據(jù)早晚會(huì)到來的，所以，要不時(shí)的去詢問每個(gè)連接有數(shù)據(jù)沒有，有的話就讀取數(shù)據(jù)，沒有的話就繼續(xù)不管它。

其實(shí)這個(gè)模式在Java里早就有了，就是Java NIO，這里的大寫字母“N”是單詞“New”，即“新”的意思，主要是為了和上面的“一對一”進(jìn)行區(qū)分。

先鋪墊一下吧

現(xiàn)在需要把Socket交互的過程再稍微細(xì)化一些。客戶端先請求連接，connect，服務(wù)器端然后接受連接，accept，然后客戶端再向連接寫入數(shù)據(jù)，write，接著服務(wù)器端從連接上讀出數(shù)據(jù)，read。

和打電話的場景一樣，主叫撥號(hào)，connect，被叫接聽，accept，主叫說話，speak，被叫聆聽，listen。主叫給被叫打電話，說明主叫找被叫有事，所以被叫關(guān)注的是接通電話，聽對方說。

客戶端主動(dòng)向服務(wù)器端發(fā)起請求，說明客戶端找服務(wù)器端有事，所以服務(wù)器端關(guān)注的是接受請求，讀取對方傳來的數(shù)據(jù)。這里把接受請求，讀取數(shù)據(jù)稱為服務(wù)器端感興趣的操作。

在Java NIO中，接受請求的操作，用OP_ACCEPT表示，讀取數(shù)據(jù)的操作，用OP_READ表示。

我決定先過一遍飯店的場景，讓首次接觸Java NIO的同學(xué)不那么迷茫。就是把常規(guī)的場景進(jìn)行了定向整理，稍微有點(diǎn)刻意，明白意思就行了。

1、專門設(shè)立一個(gè)“跑腿”服務(wù)員，工作職責(zé)單一，就是問問客人是否需要服務(wù)。

2、站在門口接待客人，本來是大堂經(jīng)理的工作，但是他不愿意在門口盯著，于是就委托給跑腿服務(wù)員，你幫我盯著，有人來了告訴我。

于是跑腿服務(wù)員就有了一個(gè)任務(wù)，替大堂經(jīng)理盯梢。終于來客人了，跑腿服務(wù)員趕緊告訴了大堂經(jīng)理。

3、大堂經(jīng)理把客人帶到座位上，對跑腿服務(wù)員說，客人接下來肯定是要點(diǎn)餐的，但是現(xiàn)在在看菜單，不知道什么時(shí)候能看好，所以你不時(shí)的過來問問，看需不需要點(diǎn)餐，需要的話就再喊來一個(gè)“點(diǎn)餐”服務(wù)員給客人寫菜單。

于是跑腿服務(wù)員就又多了一個(gè)任務(wù)，就是盯著這桌客人，不時(shí)來問問，如果需要服務(wù)的話，就叫點(diǎn)餐服務(wù)員過來服務(wù)。

4、跑腿服務(wù)員在某次詢問中，客人終于決定點(diǎn)餐了，跑題服務(wù)員趕緊找來一個(gè)點(diǎn)餐服務(wù)員為客人寫菜單。

5、就這樣，跑腿服務(wù)員既要盯著門外新過來的客人，也要盯著門內(nèi)已經(jīng)就坐的客人。新客人來了，通知大堂經(jīng)理去接待。就坐的客人決定點(diǎn)餐了，通知點(diǎn)餐服務(wù)員去寫菜單。

事情就這樣一直循環(huán)的持續(xù)下去，一切，都挺好。角色明確，職責(zé)單一，配合很好。

大堂經(jīng)理和點(diǎn)餐服務(wù)員是需求的提供者或?qū)崿F(xiàn)者，跑腿服務(wù)員是需求的發(fā)現(xiàn)者，并識(shí)別出需求的種類，需要接待的交給大堂經(jīng)理，需要點(diǎn)餐的交給點(diǎn)餐服務(wù)員。

哈哈，Java NIO來啦

代碼的寫法非常的固定，可以配合著后面的解說來看，這樣就好理解了，如下：

/*** @author lixinjie* @since 2019-05-07*/ public class NioServer {static int clientCount = 0;static AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);static SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss"); public static void main(String[] args) {try {Selector selector = Selector.open();ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();ssc.configureBlocking(false);ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);ssc.bind(new InetSocketAddress("localhost", 8080));while (true) {selector.select();Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();Iterator<SelectionKey> iterator = keys.iterator();while (iterator.hasNext()) {SelectionKey key = iterator.next();iterator.remove();if (key.isAcceptable()) {ServerSocketChannel ssc1 = (ServerSocketChannel)key.channel();SocketChannel sc = null;while ((sc = ssc1.accept()) != null) {sc.configureBlocking(false);sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);InetSocketAddress rsa = (InetSocketAddress)sc.socket().getRemoteSocketAddress();System.out.println(time() + "->" + rsa.getHostName() + ":" + rsa.getPort() + "->" + Thread.currentThread().getId() + ":" + (++clientCount));}} else if (key.isReadable()) {//先將“讀”從感興趣操作移出，待把數(shù)據(jù)從通道中讀完后，再把“讀”添加到感興趣操作中//否則，該通道會(huì)一直被選出來key.interestOps(key.interestOps() & (~ SelectionKey.OP_READ));processWithNewThread((SocketChannel)key.channel(), key);}}}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}static void processWithNewThread(SocketChannel sc, SelectionKey key) {Runnable run = () -> {counter.incrementAndGet();try {String result = readBytes(sc);//把“讀”加進(jìn)去key.interestOps(key.interestOps() | SelectionKey.OP_READ);System.out.println(time() + "->" + result + "->" + Thread.currentThread().getId() + ":" + counter.get());sc.close();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}counter.decrementAndGet();};new Thread(run).start();}static String readBytes(SocketChannel sc) throws Exception {long start = 0;int total = 0;int count = 0;ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocate(1024);//開始讀數(shù)據(jù)的時(shí)間long begin = System.currentTimeMillis();while ((count = sc.read(bb)) > -1) {if (start < 1) {//第一次讀到數(shù)據(jù)的時(shí)間start = System.currentTimeMillis();}total += count;bb.clear();}//讀完數(shù)據(jù)的時(shí)間long end = System.currentTimeMillis();return "wait=" + (start - begin) + "ms,read=" + (end - start) + "ms,total=" + total + "bs";}static String time() {return sdf.format(new Date());} }

它的大致處理過程如下：

1、定義一個(gè)選擇器，Selector。

相當(dāng)于設(shè)立一個(gè)跑腿服務(wù)員。

2、定義一個(gè)服務(wù)器端套接字通道，ServerSocketChannel，并配置為非阻塞的。

相等于聘請了一位大堂經(jīng)理。

3、將套接字通道注冊到選擇器上，并把感興趣的操作設(shè)置為OP_ACCEPT。

相當(dāng)于大堂經(jīng)理給跑腿服務(wù)員說，幫我盯著門外，有客人來了告訴我。

4、進(jìn)入死循環(huán)，選擇器不時(shí)的進(jìn)行選擇。

相當(dāng)于跑腿服務(wù)員一遍又一遍的去詢問、去轉(zhuǎn)悠。

5、選擇器終于選擇出了通道，發(fā)現(xiàn)通道是需要Acceptable的。

相當(dāng)于跑腿服務(wù)員終于發(fā)現(xiàn)門外來客人了，客人是需要接待的。

6、于是服務(wù)器端套接字接受了這個(gè)通道，開始處理。

相當(dāng)于跑腿服務(wù)員把大堂經(jīng)理叫來了，大堂經(jīng)理開始著手接待。

7、把新接受的通道配置為非阻塞的，并把它也注冊到了選擇器上，該通道感興趣的操作為OP_READ。

相當(dāng)于大堂經(jīng)理把客人帶到座位上，給了客人菜單，并又把客人委托給跑腿服務(wù)員，說客人接下來肯定是要點(diǎn)餐的，你不時(shí)的來問問。

8、選擇器繼續(xù)不時(shí)的進(jìn)行選擇著。

相當(dāng)于跑腿服務(wù)員繼續(xù)不時(shí)的詢問著、轉(zhuǎn)悠著。

9、選擇器終于又選擇出了通道，這次發(fā)現(xiàn)通道是需要Readable的。

相當(dāng)于跑腿服務(wù)員終于發(fā)現(xiàn)了一桌客人有了需求，是需要點(diǎn)餐的。

10、把這個(gè)通道交給了一個(gè)新的工作線程去處理。

相當(dāng)于跑腿服務(wù)員叫來了點(diǎn)餐服務(wù)員，點(diǎn)餐服務(wù)員開始為客人寫菜單。

11、這個(gè)工作線程處理完后，就被回收了，可以再去處理其它通道。

相當(dāng)于點(diǎn)餐服務(wù)員寫好菜單后，就走了，可以再去為其他客人寫菜單。

12、選擇器繼續(xù)著重復(fù)的選擇工作，不知道什么時(shí)候是個(gè)頭。

相當(dāng)于跑腿服務(wù)員繼續(xù)著重復(fù)的詢問、轉(zhuǎn)悠，不知道未來在何方。

相信你已經(jīng)看出來了，大堂經(jīng)理相當(dāng)于服務(wù)器端套接字，跑腿服務(wù)員相當(dāng)于選擇器，點(diǎn)餐服務(wù)員相當(dāng)于Worker線程。

啟動(dòng)服務(wù)器端代碼，使用同一個(gè)客戶端代碼，按相同的套路發(fā)20個(gè)請求，結(jié)果如下：

時(shí)間->IP:Port->主線程Id:當(dāng)前連接數(shù) 16:34:39->127.0.0.1:56105->1:1 16:34:39->127.0.0.1:56106->1:2 16:34:39->127.0.0.1:56107->1:3 16:34:39->127.0.0.1:56108->1:4 16:34:39->127.0.0.1:56109->1:5 16:34:39->127.0.0.1:56110->1:6 16:34:39->127.0.0.1:56111->1:7 16:34:39->127.0.0.1:56112->1:8 16:34:39->127.0.0.1:56113->1:9 16:34:39->127.0.0.1:56114->1:10 16:34:39->127.0.0.1:56115->1:11 16:34:39->127.0.0.1:56116->1:12 16:34:39->127.0.0.1:56117->1:13 16:34:39->127.0.0.1:56118->1:14 16:34:39->127.0.0.1:56119->1:15 16:34:39->127.0.0.1:56120->1:16 16:34:39->127.0.0.1:56121->1:17 16:34:39->127.0.0.1:56122->1:18 16:34:39->127.0.0.1:56123->1:19 16:34:39->127.0.0.1:56124->1:20時(shí)間->等待數(shù)據(jù)的時(shí)間,讀取數(shù)據(jù)的時(shí)間,總共讀取的字節(jié)數(shù)->線程Id:當(dāng)前線程數(shù) 16:34:45->wait=1ms,read=1018ms,total=1048576bs->11:5 16:34:45->wait=0ms,read=1054ms,total=1048576bs->10:5 16:34:45->wait=0ms,read=1072ms,total=1048576bs->13:6 16:34:45->wait=0ms,read=1061ms,total=1048576bs->14:5 16:34:45->wait=0ms,read=1140ms,total=1048576bs->12:4 16:34:46->wait=0ms,read=1001ms,total=1048576bs->15:5 16:34:46->wait=0ms,read=1062ms,total=1048576bs->17:6 16:34:46->wait=0ms,read=1059ms,total=1048576bs->16:5 16:34:47->wait=0ms,read=1001ms,total=1048576bs->19:4 16:34:47->wait=0ms,read=1001ms,total=1048576bs->20:4 16:34:47->wait=0ms,read=1015ms,total=1048576bs->18:3 16:34:47->wait=0ms,read=1001ms,total=1048576bs->21:2 16:34:48->wait=0ms,read=1032ms,total=1048576bs->22:4 16:34:49->wait=0ms,read=1002ms,total=1048576bs->23:3 16:34:49->wait=0ms,read=1001ms,total=1048576bs->25:2 16:34:49->wait=0ms,read=1028ms,total=1048576bs->24:4 16:34:50->wait=0ms,read=1008ms,total=1048576bs->28:4 16:34:50->wait=0ms,read=1033ms,total=1048576bs->27:3 16:34:50->wait=1ms,read=1002ms,total=1048576bs->29:2 16:34:50->wait=0ms,read=1001ms,total=1048576bs->26:2

服務(wù)器端接受20個(gè)連接，創(chuàng)建20個(gè)通道，并把它們注冊到選擇器上，此時(shí)不需要額外線程。

當(dāng)某個(gè)通道已經(jīng)有數(shù)據(jù)時(shí)，才會(huì)用一個(gè)線程來處理它，所以，線程“等待數(shù)據(jù)”的時(shí)間是0，“讀取數(shù)據(jù)”的時(shí)間還是約1秒。

因?yàn)?0個(gè)通道是陸陸續(xù)續(xù)有數(shù)據(jù)的，所以服務(wù)器端最多時(shí)是6個(gè)線程在同時(shí)運(yùn)行的，換句話說，用包含6個(gè)線程的線程池就可以了。

對比與結(jié)論：

處理同樣的20個(gè)請求，一個(gè)需要用20個(gè)線程，一個(gè)需要用6個(gè)線程，節(jié)省了70%線程數(shù)。

在本例中，兩種感興趣的操作共用一個(gè)選擇器，且選擇器運(yùn)行在主線程里，Worker線程是新的線程。

其實(shí)對于選擇器的個(gè)數(shù)、選擇器運(yùn)行在哪個(gè)線程里、是否使用新的線程來處理請求都沒有要求，要根據(jù)實(shí)際情況來定。

比如說redis，和處理請求相關(guān)的就一個(gè)線程，選擇器運(yùn)行在里面，處理請求的程序也運(yùn)行在里面，所以這個(gè)線程既是I/O線程，也是Worker線程。

當(dāng)然，也可以使用兩個(gè)選擇器，一個(gè)處理OP_ACCEPT，一個(gè)處理OP_READ，讓它們分別運(yùn)行在兩個(gè)單獨(dú)的I/O線程里。對于能快速完成的操作可以直接在I/O線程里做了，對于非常耗時(shí)的操作一定要使用Worker線程池來處理。

這種處理模式就是被稱為的多路復(fù)用I/O，多路指的是多個(gè)Socket通道，復(fù)用指的是只用一個(gè)線程來管理它們。

再稍微分析一下

一對一的形式，一個(gè)桌子配一個(gè)服務(wù)員，一個(gè)Socket分配一個(gè)線程，響應(yīng)速度最快，畢竟是VIP嘛，但是效率很低，服務(wù)員大部分時(shí)間都是在站著，線程大部分時(shí)間都是在等待。

多路復(fù)用的形式，所有桌子共用一個(gè)跑腿服務(wù)員，所有Socket共用一個(gè)選擇器線程，響應(yīng)速度肯定變慢了，畢竟是一對多嘛。但是效率提高了，點(diǎn)餐服務(wù)員在需要點(diǎn)餐時(shí)才會(huì)過去，工作線程在數(shù)據(jù)就緒時(shí)才會(huì)開始工作。

從VIP到多路復(fù)用，形式上確實(shí)有很大的不同，其本質(zhì)是從一對一到一對多的轉(zhuǎn)變，其實(shí)就是犧牲了響應(yīng)速度，換來了效率的提升，不過綜合性能還是得到了極大的改進(jìn)。

就飯店而言，究竟幾張桌子配一個(gè)跑腿服務(wù)員，幾張桌子配一個(gè)點(diǎn)餐服務(wù)員，經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行，一定會(huì)有一個(gè)最優(yōu)解。

就程序而言，究竟需要幾個(gè)選擇器線程，幾個(gè)工作線程，經(jīng)過評估測試后，也會(huì)有一個(gè)最優(yōu)解。

一旦達(dá)到最優(yōu)解后，就不可能再提升了，這同樣是由多路復(fù)用這種一對多的形式所限制的。就像一對一的形式限制一樣。

人們的追求是無止境的，如何對多路復(fù)用繼續(xù)提升呢？答案一定是具有顛覆性的，即拋棄多路復(fù)用，采用全新的形式。

還以飯店為例，如何在最優(yōu)解的情況下，既要繼續(xù)減少服務(wù)員數(shù)量，還要使效率提升呢？可能有些朋友已經(jīng)猜到了，那就是拋棄服務(wù)員服務(wù)客人這種模式，把飯店改成自助餐廳。

在客人進(jìn)門時(shí)，把餐具給他，并告訴他就餐時(shí)長、不準(zhǔn)浪費(fèi)等這些規(guī)則，然后就不用管了。客人自己選餐，自己吃完，自己走人，不用再等服務(wù)員了，因此也不再需要服務(wù)員了。（收拾桌子的除外。）

這種模式對應(yīng)到程序里，其實(shí)就是AIO，在Java里也早就有了。

嘻嘻，Java AIO來啦

代碼的寫法非常的固定，可以配合著后面的解說來看，這樣就好理解了，如下：

/*** @author lixinjie* @since 2019-05-13*/ public class AioServer {static int clientCount = 0;static AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);static SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss"); public static void main(String[] args) {try {AsynchronousServerSocketChannel assc = AsynchronousServerSocketChannel.open();assc.bind(new InetSocketAddress("localhost", 8080));//非阻塞方法，其實(shí)就是注冊了個(gè)回調(diào)，而且只能接受一個(gè)連接assc.accept(null, new CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel, Object>() {@Overridepublic void completed(AsynchronousSocketChannel asc, Object attachment) {//再次注冊，接受下一個(gè)連接assc.accept(null, this);try {InetSocketAddress rsa = (InetSocketAddress)asc.getRemoteAddress();System.out.println(time() + "->" + rsa.getHostName() + ":" + rsa.getPort() + "->" + Thread.currentThread().getId() + ":" + (++clientCount));} catch (Exception e) {}readFromChannelAsync(asc);}@Overridepublic void failed(Throwable exc, Object attachment) {}});//不讓主線程退出synchronized (AioServer.class) {AioServer.class.wait();}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}static void readFromChannelAsync(AsynchronousSocketChannel asc) {//會(huì)把數(shù)據(jù)讀入到該buffer之后，再觸發(fā)工作線程來執(zhí)行回調(diào)ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocate(1024*1024*1 + 1);long begin = System.currentTimeMillis();//非阻塞方法，其實(shí)就是注冊了個(gè)回調(diào)，而且只能接受一次讀取asc.read(bb, null, new CompletionHandler<Integer, Object>() {//從該連接上一共讀到的字節(jié)數(shù)int total = 0;/*** @param count 表示本次讀取到的字節(jié)數(shù)，-1表示數(shù)據(jù)已讀完*/@Overridepublic void completed(Integer count, Object attachment) {counter.incrementAndGet();if (count > -1) {total += count;}int size = bb.position();System.out.println(time() + "->count=" + count + ",total=" + total + "bs,buffer=" + size + "bs->" + Thread.currentThread().getId() + ":" + counter.get());if (count > -1) {//數(shù)據(jù)還沒有讀完//再次注冊回調(diào)，接受下一次讀取asc.read(bb, null, this);} else {//數(shù)據(jù)已讀完try {asc.close();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}counter.decrementAndGet();}@Overridepublic void failed(Throwable exc, Object attachment) {}});long end = System.currentTimeMillis();System.out.println(time() + "->exe read req,use=" + (end -begin) + "ms" + "->" + Thread.currentThread().getId());}static String time() {return sdf.format(new Date());} }

它的大致處理過程如下：

1、初始化一個(gè)AsynchronousServerSocketChannel對象，并開始監(jiān)聽

2、通過accept方法注冊一個(gè)“完成處理器”的接受連接回調(diào)，即CompletionHandler，用于在接受到連接后的相關(guān)操作。

3、當(dāng)客戶端連接過來后，由系統(tǒng)來接受，并創(chuàng)建好AsynchronousSocketChannel對象，然后觸發(fā)該回調(diào)，并把該對象傳進(jìn)該回調(diào)，該回調(diào)會(huì)在Worker線程中執(zhí)行。

4、在接受連接回調(diào)里，再次使用accept方法注冊一次相同的完成處理器對象，用于讓系統(tǒng)接受下一個(gè)連接。就是這種注冊只能使用一次，所以要不停的連續(xù)注冊，人家就是這樣設(shè)計(jì)的。

5、在接受連接回調(diào)里，使用AsynchronousSocketChannel對象的read方法注冊另一個(gè)接受數(shù)據(jù)回調(diào)，用于在接受到數(shù)據(jù)后的相關(guān)操作。

6、當(dāng)客戶端數(shù)據(jù)過來后，由系統(tǒng)接受，并放入指定好的ByteBuffer中，然后觸發(fā)該回調(diào)，并把本次接受到的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)傳入該回調(diào)，該回調(diào)會(huì)在Worker線程中執(zhí)行。

7、在接受數(shù)據(jù)回調(diào)里，如果數(shù)據(jù)沒有接受完，需要再次使用read方法把同一個(gè)對象注冊一次，用于讓系統(tǒng)接受下一次數(shù)據(jù)。這和上面的套路是一樣的。

8、客戶端的數(shù)據(jù)可能是分多次傳到服務(wù)器端的，所以接受數(shù)據(jù)回調(diào)會(huì)被執(zhí)行多次，直到數(shù)據(jù)接受完為止。多次接受到的數(shù)據(jù)合起來才是完整的數(shù)據(jù)，這個(gè)一定要處理好。

9、關(guān)于ByteBuffer，要么足夠的大，能夠裝得下完整的客戶端數(shù)據(jù)，這樣多次接受的數(shù)據(jù)直接往里追加即可。要么每次把ByteBuffer中的數(shù)據(jù)移到別的地方存儲(chǔ)起來，然后清空ByteBuffer，用于讓系統(tǒng)往里裝入下一次接受的數(shù)據(jù)。

注：如果出現(xiàn)ByteBuffer空間不足，則系統(tǒng)不會(huì)裝入數(shù)據(jù)，就會(huì)導(dǎo)致客戶端數(shù)據(jù)總是讀不完，極有可能進(jìn)入死循環(huán)。

啟動(dòng)服務(wù)器端代碼，使用同一個(gè)客戶端代碼，按相同的套路發(fā)20個(gè)請求，結(jié)果如下：

時(shí)間->IP:Port->回調(diào)線程Id:當(dāng)前連接數(shù) 17:20:47->127.0.0.1:56454->15:1 時(shí)間->發(fā)起一個(gè)讀請求，耗時(shí)->回調(diào)線程Id 17:20:47->exe read req,use=3ms->15 17:20:47->127.0.0.1:56455->15:2 17:20:47->exe read req,use=1ms->15 17:20:47->127.0.0.1:56456->15:3 17:20:47->exe read req,use=0ms->15 17:20:47->127.0.0.1:56457->16:4 17:20:47->127.0.0.1:56458->15:5 17:20:47->exe read req,use=1ms->16 17:20:47->exe read req,use=1ms->15 17:20:47->127.0.0.1:56460->15:6 17:20:47->127.0.0.1:56459->17:7 17:20:47->exe read req,use=0ms->15 17:20:47->127.0.0.1:56462->15:8 17:20:47->127.0.0.1:56461->16:9 17:20:47->exe read req,use=1ms->15 17:20:47->exe read req,use=0ms->16 17:20:47->exe read req,use=0ms->17 17:20:47->127.0.0.1:56465->16:10 17:20:47->127.0.0.1:56463->18:11 17:20:47->exe read req,use=0ms->18 17:20:47->127.0.0.1:56466->15:12 17:20:47->exe read req,use=1ms->16 17:20:47->127.0.0.1:56464->17:13 17:20:47->exe read req,use=1ms->15 17:20:47->127.0.0.1:56467->18:14 17:20:47->exe read req,use=2ms->17 17:20:47->exe read req,use=1ms->18 17:20:47->127.0.0.1:56468->15:15 17:20:47->exe read req,use=1ms->15 17:20:47->127.0.0.1:56469->16:16 17:20:47->127.0.0.1:56470->18:17 17:20:47->exe read req,use=1ms->18 17:20:47->exe read req,use=1ms->16 17:20:47->127.0.0.1:56472->15:18 17:20:47->127.0.0.1:56473->19:19 17:20:47->exe read req,use=2ms->15 17:20:47->127.0.0.1:56471->17:20 17:20:47->exe read req,use=1ms->19 17:20:47->exe read req,use=1ms->17時(shí)間->本次接受到的字節(jié)數(shù),截至到目前接受到的字節(jié)總數(shù),buffer中的字節(jié)總數(shù)->回調(diào)線程Id:當(dāng)前線程數(shù) 17:20:52->count=65536,total=65536bs,buffer=65536bs->14:1 17:20:52->count=65536,total=65536bs,buffer=65536bs->14:1 17:20:52->count=65536,total=65536bs,buffer=65536bs->14:1 17:20:52->count=230188,total=295724bs,buffer=295724bs->12:1 17:20:52->count=752852,total=1048576bs,buffer=1048576bs->14:3 17:20:52->count=131072,total=196608bs,buffer=196608bs->17:2。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。17:20:57->count=-1,total=1048576bs,buffer=1048576bs->15:1 17:20:57->count=-1,total=1048576bs,buffer=1048576bs->15:1 17:20:57->count=-1,total=1048576bs,buffer=1048576bs->15:1 17:20:57->count=-1,total=1048576bs,buffer=1048576bs->15:1 17:20:58->count=-1,total=1048576bs,buffer=1048576bs->15:1 17:20:58->count=-1,total=1048576bs,buffer=1048576bs->15:1 17:20:58->count=-1,total=1048576bs,buffer=1048576bs->15:1

系統(tǒng)接受到連接后，在工作線程中執(zhí)行了回調(diào)。并且在回調(diào)中執(zhí)行了read方法，耗時(shí)是0，因?yàn)橹皇亲粤藗€(gè)接受數(shù)據(jù)的回調(diào)而已。

系統(tǒng)接受到數(shù)據(jù)后，把數(shù)據(jù)放入ByteBuffer，在工作線程中執(zhí)行了回調(diào)。并且回調(diào)中可以直接使用ByteBuffer中的數(shù)據(jù)。

接受數(shù)據(jù)的回調(diào)被執(zhí)行了多次，多次接受到的數(shù)據(jù)加起來正好等于客戶端傳來的數(shù)據(jù)。

因?yàn)橄到y(tǒng)是接受到數(shù)據(jù)后才觸發(fā)的回調(diào)，所以服務(wù)器端最多時(shí)是3個(gè)線程在同時(shí)運(yùn)行回調(diào)的，換句話說，線程池包含3個(gè)線程就可以了。

對比與結(jié)論：

處理同樣的20個(gè)請求，一個(gè)需要用20個(gè)線程，一個(gè)需要用6個(gè)線程，一個(gè)需要3個(gè)線程，又節(jié)省了50%線程數(shù)。

注：不用特別較真這個(gè)比較結(jié)果，這里只是為了說明問題而已。哈哈。

三種處理方式的對比

第一種是阻塞IO，阻塞點(diǎn)有兩個(gè)，等待數(shù)據(jù)就緒的過程和讀取數(shù)據(jù)的過程。

第二種是阻塞IO，阻塞點(diǎn)有一個(gè)，讀取數(shù)據(jù)的過程。

第三種是非阻塞IO，沒有阻塞點(diǎn)，當(dāng)工作線程啟動(dòng)時(shí)，數(shù)據(jù)已經(jīng)（被系統(tǒng)）準(zhǔn)備好可以直接用了。

可見，這是一個(gè)逐步消除阻塞點(diǎn)的過程。

再次來談?wù)劯鞣NIO：

只有一個(gè)線程，接受一個(gè)連接，讀取數(shù)據(jù)，處理業(yè)務(wù)，寫回結(jié)果，再接受下一個(gè)連接，這是同步阻塞。這種用法幾乎沒有。

一個(gè)線程和一個(gè)線程池，線程接受到連接后，把它丟給線程池中的線程，再接受下一個(gè)連接，這是異步阻塞。對應(yīng)示例一。

一個(gè)線程和一個(gè)線程池，線程運(yùn)行selector，執(zhí)行select操作，把就緒的連接拿出來丟給線程池中的線程，再執(zhí)行下一次的select操作，就是多路復(fù)用，這是異步阻塞。對應(yīng)示例二。

一個(gè)線程和一個(gè)線程池，線程注冊一個(gè)accept回調(diào)，系統(tǒng)幫我們接受好連接后，才觸發(fā)回調(diào)在線程池中執(zhí)行，執(zhí)行時(shí)再注冊read回調(diào)，系統(tǒng)幫我們接受好數(shù)據(jù)后，才觸發(fā)回調(diào)在線程池中執(zhí)行，就是AIO，這是異步非阻塞。對應(yīng)示例三。

redis也是多路復(fù)用，但它只有一個(gè)線程在執(zhí)行select操作，處理就緒的連接，整個(gè)是串行化的，所以天然不存在并發(fā)問題。只能把它歸為同步阻塞了。

BIO是阻塞IO，可以是同步阻塞，也可以是異步阻塞。AIO是異步IO，只有異步非阻塞這一種。因此沒有同步非阻塞這種說法，因?yàn)橥揭欢ㄊ亲枞摹?/p>

注：以上的說法是站在用戶程序/線程的立場上來說的。

建議把代碼下載下來，自己運(yùn)行一下，體會(huì)體會(huì)：

https://github.com/coding-new-talking/java-code-demo.git

《新程序員》：云原生和全面數(shù)字化實(shí)踐50位技術(shù)專家共同創(chuàng)作，文字、視頻、音頻交互閱讀

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的一篇文章帮你彻底搞清楚“I/O多路复用”和“异步I/O”的前世今生的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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