java NIO几个重要的概念

xiaoxiao2021-02-28  112

java NIO几个重要的概念

在当下比较流行的分布式系统(中间件或者计算框架)中,底层高并发的基础实现都用到netty,netty和mina很类似,但是netty比mina稳定,虽然效率没有mina高,相对来说Netty的社区发展比较活跃,而且有丰富的文档供大家学习,所以netty发展比mina快很多。java NIO是Netty高并发的基础。在前面java IO小节中粗略的讲了一下什么是NIO,本篇将重点讲解几个NIO中几个重要的概念,缓冲区Buffer,通道channel和多路复用器selector。

缓冲区Buffer

在NIO库中,的Buffer用于和NIO通道进行交互,缓冲区本质上是一块可以写入数据,然后可以从中读取数据的内存。这块内存被包装成NIO Buffer对象,并提供了一组方法,用来方便的访问该块内存。java.nio.Buffer下有七个子类,这些子类缓冲区分别用于存储不同类型的数据。分别是:ByteBuffer, CharBuffer, DoubleBuffer, FloatBuffer, IntBuffer, LongBuffer, ShortBuffer ,都是针对基本数据类型,没有针对布尔型的。在实际中常用到的buffer函数如下几个: 所有缓冲区都有4个属性:capacity、limit、position、mark,并遵循:capacity>=limit>=position>=mark>=0,下表格是对着4个属性的解释:

属性描述Capacity容量,即可以容纳的最大数据量;在缓冲区创建时被设定并且不能改变Limit上界,缓冲区中当前数据量Position位置,下一个要被读或写的元素的索引Mark标记,调用mark()来设置mark=position,再调用reset()可以让position恢复到标记的位置即position=mark

使用Buffer读写数据一般遵循以下四个步骤:

写入数据到Buffer调用flip()方法从Buffer中读取数据调用clear()方法或者compact()方法

当向buffer写入数据时,buffer会记录下写了多少数据。一旦要读取数据,需要通过flip()方法将Buffer从写模式切换到读模式。在读模式下,可以读取之前写入到buffer的所有数据。

一旦读完了所有的数据,就需要清空缓冲区,让它可以再次被写入。有两种方式能清空缓冲区:调用clear()或compact()方法。clear()方法会清空整个缓冲区。compact()方法只会清除已经读过的数据。任何未读的数据都被移到缓冲区的起始处,新写入的数据将放到缓冲区未读数据的后面。

SocketChannel sc = (SocketChannel)key.channel(); ByteBuffer readbuffer = ByteBuffer.allocate(1024); try { int readBytes = sc.read(readbuffer); if(readBytes>0){ readbuffer.flip(); byte[] bytes = new byte[readbuffer.remaining()]; readbuffer.get(bytes); String body = new String(bytes,"UTF-8"); System.out.println("the time server receive order :"+body); String current = "QUERY TIME ORDER".equalsIgnoreCase(body)?new java.util.Date(System.currentTimeMillis()).toString():"BAD ORDER"; doWrite(sc,current); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); }

以上是服务器端从buffer中获取数据的代码段,首先申请一个大小为1M的ByteBuffer,flip()重置当前的position为0;


Channel通道

Channel是一个通道,网络数据通过Channel读取和写入。通道是全双工的,所以比流更好的映射底层操作系统API。 Java NIO的通道类似流,但又有些不同: 既可以从通道中读取数据,又可以写数据到通道。但流的读写通常是单向的。 通道可以异步地读写。 通道中的数据总是要先读到一个Buffer,或者总是要从一个Buffer中写入。

从通道中读取数据和写入数据流程如下图

正如上面所说,从通道读取数据到缓冲区,从缓冲区写入数据到通道。如下图所示: 这些是Java NIO中最重要的通道的实现: FileChannel DatagramChannel SocketChannel ServerSocketChannel FileChannel 从文件中读写数据。 DatagramChannel 能通过UDP读写网络中的数据。 SocketChannel 能通过TCP读写网络中的数据。 ServerSocketChannel可以监听新进来的TCP连接,像Web服务器那样。对每一个新进来的连接都会创建一个SocketChannel。 基本的Channel用例如下:

RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("data/nio-data.txt", "rw"); FileChannel inChannel = aFile.getChannel(); ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48); int bytesRead = inChannel.read(buf); while (bytesRead != -1) { System.out.println("Read " + bytesRead); buf.flip(); while(buf.hasRemaining()){ System.out.print((char) buf.get()); } buf.clear(); bytesRead = inChannel.read(buf); } aFile.close();

buf.flip() 的调用,首先读取数据到Buffer,然后反转Buffer,接着再从Buffer中读取数据。

selector多路复用器

Selector(选择器)是Java NIO中能够检测一到多个NIO通道,并能够知晓通道是否为诸如读写事件做好准备的组件。这样,一个单独的线程可以管理多个channel,从而管理多个网络连接。 仅用单个线程来处理多个Channels的好处是,只需要更少的线程来处理通道。事实上,可以只用一个线程处理所有的通道。对于操作系统来说,线程之间上下文切换的开销很大,而且每个线程都要占用系统的一些资源(如内存)。因此,使用的线程越少越好。

在使用selector中通常包括一下几个步骤: 1、Selector的创建 通过调用Selector.open()方法创建一个Selector

Selector selector = Selector.open();

2、向Selector注册后通道 将Channel和Selector配合使用,必须将channel注册到selector上。通过SelectableChannel.register()方法来实现

channel.configureBlocking(false); SelectionKey key = channel.register(selector, Selectionkey.OP_READ);

与Selector一起使用时,Channel必须处于非阻塞模式下。这意味着不能将FileChannel与Selector一起使用,因为FileChannel不能切换到非阻塞模式。而套接字通道都可以。 四种不同类型的事件: Connect Accept Read Write 通道触发了一个事件意思是该事件已经就绪。所以,某个channel成功连接到另一个服务器称为“连接就绪”。一个server socket channel准备好接收新进入的连接称为“接收就绪”。一个有数据可读的通道可以说是“读就绪”。等待写数据的通道可以说是“写就绪”。 3、实例代码

while(!stop){ try { selector.select(1000); Set<SelectionKey> selectKeys = selector.selectedKeys(); Iterator<SelectionKey> it = selectKeys.iterator(); SelectionKey key = null; while (it.hasNext()){ key = it.next(); it.remove(); handleInput(key); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } }

在程序中都是通过循环不断的轮询哈找注册在其上的Channel,如果某个Channel发生了读或者写的事件,那么这个Channel就会处于就绪状态,会被selector轮询出来,然后通过SelectionKey可以获取就绪的Channel集合,进行后续的IO操作。

转载请注明原文地址: https://www.6miu.com/read-31437.html

最新回复(0)