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Java NIO

发布时间:2023-06-28 14:44:39

NIO主要有三大核心部分:Channel(通道)、Buffer(缓冲区)、Selector。传统IO基于字节流和字符流进行操作,而NIO基于Channel和Buffer(缓冲区)进行操作,数据总是从通道读取到缓冲区中,或者从缓冲区写入到通道中。Selector(选择区)用于监听多个通道的事件(比如:连接打开、数据达到)。因此,单个线程可以监听多个数据通道。

Java NIO_JavaNio

NIO和传统IO之间第一个最大的区别是:IO是面向流的,NIO是面向缓冲区的。

NIO的缓冲区

JavaIO面向流意味着每次从流中读一个或多个字节,直至读取所有字节,它们没有被缓存在任何地方。此外,它不能前后移动流中的数据。如果需要前后移动从流中读取的数据,需要先将它缓存到一个缓冲区。NIO的缓冲导向方法不同。数据读取到一个它稍后处理的缓冲区,需要时可在缓冲区中前后移动。这就增加了处理过程中的灵活性。但是,还需要检查是否缓冲区包含所有需要处理的数据。而且,需确保当更多的数据读入缓冲区时,不要覆盖缓冲区里尚未处理的数据。

NIO的非阻塞

IO的各种流是阻塞的。这意味着,当一个线程调用read()或write()时,该线程被阻塞,直到有一些数据被读取,或数据完成写入。该线程在此期间不能再干任何事情了。NIO的非阻塞模式,使一个线程从某个通道发送请求读取数据,但是它仅能得到目前可用的数据,如果目前没有数据可用时,就什么都不会获取。而不是保持线程阻塞,所以直至数据变的可以读取之前,该线程可以继续做其他的事情。非阻塞写也是如此。一个线程请求写入一些数据到某通道,但不需要等待它完全写入,这个线程同时可以去做别的事情。现成通常将非阻塞IO的空间时间用于在其它通道上执行IO操作,所以一个单独的线程现在可以管理多个输入和输出通道。

Java NIO_JavaNio_02

Channel

Channel和IO中的Stream(流)差不多一个等级的。只不过Stream是单向的,譬如:InputStream、OutStream,而Channel是双向的,既可以用来进行读操作,又可以用来进行写操作。

NIO中的Channel的主要实现有:

FileChannel、DatagramChannel、SocketChannel、ServerSocketChannel

分别对应文件IO、UDP和TCP(Server和Client)

Buffer

顾名思义,缓冲区,实际上是一个容器,是一个连续数组。Channel提供从文件、网络读取数据的渠道,但是读取或写入的数据都必须经由Buffer。

Java NIO_JavaNio_03

上面的图描述了从一个客户端向服务端发送数据,然后服务端接收数据的过程。客户端发送数据时,必须先将数据存入Buffer中,然后将Buffer中的内容写入通道。服务端这边接收数据必须通过Channel将数据读入到Buffer中,然后再从Buffer中取出数据来处理。

在NIO中,Buffer是一个顶级父类,它是一个抽象类,常用的Buffer的子类有:ByteBuffer、IntBuffer、CharBuffer、LongBuffer、DoubleBuffer、FloatBuffer、ShortBuffer。

Selector

Selector类是NIO的核心类,Selector能够检测到多个注册的通道上是否有事件发生,如果有事件发生,便获取事件针对每个事件进行相应的响应处理。这样一来,只是用一个单线程就可以管理多个通道,也就是管理多个连接。这样使得只有在连接真正有读写事件发生时,才会调用函数来进行读写,就大大地减少了系统开销,并且不必为每个连接都创建一个线程,不会去维护多个线程,并且避免了多个线程之间的上下文切换导致的开销。

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