最近在分析hadoop的RPC(Remote Procedure Call Protocol ，遠程過程調用協議，它是一種通過網絡從遠程計算機程序上請求服務，而不需要了解底層網絡技術的協議。可以參考：http://baike.baidu.com/view/32726.htm?）機制時，發現hadoop的RPC機制的實現主要用到了兩個技術：動態代理（動態代理可以參考博客：http://weixiaolu.iteye.com/blog/1477774?）和java NIO。為了能夠正確地分析hadoop的RPC源碼，我覺得很有必要先研究一下java NIO的原理和具體實現。

這篇博客我主要從兩個方向來分析java NIO

目錄：
一．java NIO 和阻塞I/O的區別
???? 1. 阻塞I/O通信模型
???? 2. java NIO原理及通信模型
二．java NIO服務端和客戶端代碼實現?

具體分析：?

一．java NIO 和阻塞I/O的區別?

1. 阻塞I/O通信模型?

假如現在你對阻塞I/O已有了一定了解，我們知道阻塞I/O在調用InputStream.read()方法時是阻塞的，它會一直等到數據到來時（或超時）才會返回；同樣，在調用ServerSocket.accept()方法時，也會一直阻塞到有客戶端連接才會返回，每個客戶端連接過來后，服務端都會啟動一個線程去處理該客戶端的請求。阻塞I/O的通信模型示意圖如下：

?

?

如果你細細分析，一定會發現阻塞I/O存在一些缺點。根據阻塞I/O通信模型，我總結了它的兩點缺點：
1. 當客戶端多時，會創建大量的處理線程。且每個線程都要占用?？臻g和一些CPU時間

2. 阻塞可能帶來頻繁的上下文切換，且大部分上下文切換可能是無意義的。

在這種情況下非阻塞式I/O就有了它的應用前景。

2.?java NIO原理及通信模型?

Java NIO是在jdk1.4開始使用的，它既可以說成“新I/O”，也可以說成非阻塞式I/O。下面是java NIO的工作原理：

1. 由一個專門的線程來處理所有的 IO 事件，并負責分發。?
2. 事件驅動機制：事件到的時候觸發，而不是同步的去監視事件。?
3. 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。減少無謂的線程切換。?

閱讀過一些資料之后，下面貼出我理解的java NIO的工作原理圖：

?

?

（注：每個線程的處理流程大概都是讀取數據、解碼、計算處理、編碼、發送響應。）

Java NIO的服務端只需啟動一個專門的線程來處理所有的 IO 事件，這種通信模型是怎么實現的呢？呵呵，我們一起來探究它的奧秘吧。java NIO采用了雙向通道（channel）進行數據傳輸，而不是單向的流（stream），在通道上可以注冊我們感興趣的事件。一共有以下四種事件：

?

事件名	對應值
服務端接收客戶端連接事件	SelectionKey.OP_ACCEPT(16)
客戶端連接服務端事件	SelectionKey.OP_CONNECT(8)
讀事件	SelectionKey.OP_READ(1)
寫事件	SelectionKey.OP_WRITE(4)

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服務端和客戶端各自維護一個管理通道的對象，我們稱之為selector，該對象能檢測一個或多個通道 (channel) 上的事件。我們以服務端為例，如果服務端的selector上注冊了讀事件，某時刻客戶端給服務端發送了一些數據，阻塞I/O這時會調用read()方法阻塞地讀取數據，而NIO的服務端會在selector中添加一個讀事件。服務端的處理線程會輪詢地訪問selector，如果訪問selector時發現有感興趣的事件到達，則處理這些事件，如果沒有感興趣的事件到達，則處理線程會一直阻塞直到感興趣的事件到達為止。下面是我理解的java NIO的通信模型示意圖：

?

?

二．java NIO服務端和客戶端代碼實現?

為了更好地理解java NIO,下面貼出服務端和客戶端的簡單代碼實現。

服務端：

?

Java代碼??

package?cn.nio;??

??

import?java.io.IOException;??

import?java.net.InetSocketAddress;??

import?java.nio.ByteBuffer;??

import?java.nio.channels.SelectionKey;??

import?java.nio.channels.Selector;??

import?java.nio.channels.ServerSocketChannel;??

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

import?java.util.Iterator;??

??

/**?

?*?NIO服務端?

?*?@author?小路?

?*/??

public?class?NIOServer?{??

????//通道管理器??

????private?Selector?selector;??

??

????/**?

?????*?獲得一個ServerSocket通道，并對該通道做一些初始化的工作?

?????*?@param?port??綁定的端口號?

?????*?@throws?IOException?

?????*/??

????public?void?initServer(int?port)?throws?IOException?{??

????????//?獲得一個ServerSocket通道??

????????ServerSocketChannel?serverChannel?=?ServerSocketChannel.open();??

????????//?設置通道為非阻塞??

????????serverChannel.configureBlocking(false);??

????????//?將該通道對應的ServerSocket綁定到port端口??

????????serverChannel.socket().bind(new?InetSocketAddress(port));??

????????//?獲得一個通道管理器??

????????this.selector?=?Selector.open();??

????????//將通道管理器和該通道綁定，并為該通道注冊SelectionKey.OP_ACCEPT事件,注冊該事件后，??

????????//當該事件到達時，selector.select()會返回，如果該事件沒到達selector.select()會一直阻塞。??

????????serverChannel.register(selector,?SelectionKey.OP_ACCEPT);??

????}??

??

????/**?

?????*?采用輪詢的方式監聽selector上是否有需要處理的事件，如果有，則進行處理?

?????*?@throws?IOException?

?????*/??

????@SuppressWarnings("unchecked")??

????public?void?listen()?throws?IOException?{??

????????System.out.println("服務端啟動成功！");??

????????//?輪詢訪問selector??

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

????????????//當注冊的事件到達時，方法返回；否則,該方法會一直阻塞??

????????????selector.select();??

????????????//?獲得selector中選中的項的迭代器，選中的項為注冊的事件??

????????????Iterator?ite?=?this.selector.selectedKeys().iterator();??

????????????while?(ite.hasNext())?{??

????????????????SelectionKey?key?=?(SelectionKey)?ite.next();??

????????????????//?刪除已選的key,以防重復處理??

????????????????ite.remove();??

????????????????//?客戶端請求連接事件??

????????????????if?(key.isAcceptable())?{??

????????????????????ServerSocketChannel?server?=?(ServerSocketChannel)?key??

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

????????????????????//?獲得和客戶端連接的通道??

????????????????????SocketChannel?channel?=?server.accept();??

????????????????????//?設置成非阻塞??

????????????????????channel.configureBlocking(false);??

??

????????????????????//在這里可以給客戶端發送信息哦??

????????????????????channel.write(ByteBuffer.wrap(new?String("向客戶端發送了一條信息").getBytes()));??

????????????????????//在和客戶端連接成功之后，為了可以接收到客戶端的信息，需要給通道設置讀的權限。??

????????????????????channel.register(this.selector,?SelectionKey.OP_READ);??

??????????????????????

????????????????????//?獲得了可讀的事件??

????????????????}?else?if?(key.isReadable())?{??

????????????????????????read(key);??

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

??

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

??

????????}??

????}??

????/**?

?????*?處理讀取客戶端發來的信息?的事件?

?????*?@param?key?

?????*?@throws?IOException??

?????*/??

????public?void?read(SelectionKey?key)?throws?IOException{??

????????//?服務器可讀取消息:得到事件發生的Socket通道??

????????SocketChannel?channel?=?(SocketChannel)?key.channel();??

????????//?創建讀取的緩沖區??

????????ByteBuffer?buffer?=?ByteBuffer.allocate(10);??

????????channel.read(buffer);??

????????byte[]?data?=?buffer.array();??

????????String?msg?=?new?String(data).trim();??

????????System.out.println("服務端收到信息："+msg);??

????????ByteBuffer?outBuffer?=?ByteBuffer.wrap(msg.getBytes());??

????????channel.write(outBuffer);//?將消息回送給客戶端??

????}??

??????

????/**?

?????*?啟動服務端測試?

?????*?@throws?IOException??

?????*/??

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

????????NIOServer?server?=?new?NIOServer();??

????????server.initServer(8000);??

????????server.listen();??

????}??

??

}??

?

?

客戶端：

?

?

Java代碼??

package?cn.nio;??

??

import?java.io.IOException;??

import?java.net.InetSocketAddress;??

import?java.nio.ByteBuffer;??

import?java.nio.channels.SelectionKey;??

import?java.nio.channels.Selector;??

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

import?java.util.Iterator;??

??

/**?

?*?NIO客戶端?

?*?@author?小路?

?*/??

public?class?NIOClient?{??

????//通道管理器??

????private?Selector?selector;??

??

????/**?

?????*?獲得一個Socket通道，并對該通道做一些初始化的工作?

?????*?@param?ip?連接的服務器的ip?

?????*?@param?port??連接的服務器的端口號??????????

?????*?@throws?IOException?

?????*/??

????public?void?initClient(String?ip,int?port)?throws?IOException?{??

????????//?獲得一個Socket通道??

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

????????//?設置通道為非阻塞??

????????channel.configureBlocking(false);??

????????//?獲得一個通道管理器??

????????this.selector?=?Selector.open();??

??????????

????????//?客戶端連接服務器,其實方法執行并沒有實現連接，需要在listen（）方法中調??

????????//用channel.finishConnect();才能完成連接??

????????channel.connect(new?InetSocketAddress(ip,port));??

????????//將通道管理器和該通道綁定，并為該通道注冊SelectionKey.OP_CONNECT事件。??

????????channel.register(selector,?SelectionKey.OP_CONNECT);??

????}??

??

????/**?

?????*?采用輪詢的方式監聽selector上是否有需要處理的事件，如果有，則進行處理?

?????*?@throws?IOException?

?????*/??

????@SuppressWarnings("unchecked")??

????public?void?listen()?throws?IOException?{??

????????//?輪詢訪問selector??

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

????????????selector.select();??

????????????//?獲得selector中選中的項的迭代器??

????????????Iterator?ite?=?this.selector.selectedKeys().iterator();??

????????????while?(ite.hasNext())?{??

????????????????SelectionKey?key?=?(SelectionKey)?ite.next();??

????????????????//?刪除已選的key,以防重復處理??

????????????????ite.remove();??

????????????????//?連接事件發生??

????????????????if?(key.isConnectable())?{??

????????????????????SocketChannel?channel?=?(SocketChannel)?key??

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

????????????????????//?如果正在連接，則完成連接??

????????????????????if(channel.isConnectionPending()){??

????????????????????????channel.finishConnect();??

??????????????????????????

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

????????????????????//?設置成非阻塞??

????????????????????channel.configureBlocking(false);??

??

????????????????????//在這里可以給服務端發送信息哦??

????????????????????channel.write(ByteBuffer.wrap(new?String("向服務端發送了一條信息").getBytes()));??

????????????????????//在和服務端連接成功之后，為了可以接收到服務端的信息，需要給通道設置讀的權限。??

????????????????????channel.register(this.selector,?SelectionKey.OP_READ);??

??????????????????????

????????????????????//?獲得了可讀的事件??

????????????????}?else?if?(key.isReadable())?{??

????????????????????????read(key);??

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

??

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

??

????????}??

????}??

????/**?

?????*?處理讀取服務端發來的信息?的事件?

?????*?@param?key?

?????*?@throws?IOException??

?????*/??

????public?void?read(SelectionKey?key)?throws?IOException{??

????????//和服務端的read方法一樣??

????}??

??????

??????

????/**?

?????*?啟動客戶端測試?

?????*?@throws?IOException??

?????*/??

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

????????NIOClient?client?=?new?NIOClient();??

????????client.initClient("localhost",8000);??

????????client.listen();??

????}??

??

}??

?

?

小結：?

終于把動態代理和java NIO分析完了，呵呵，下面就要分析hadoop的RPC機制源碼了，博客地址：http://weixiaolu.iteye.com/blog/1504898?。不過如果對java NIO的理解存在異議的，歡迎一起討論。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Java NIO原理 图文分析及代码实现的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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