Java NIO原理分析及代码实例

    Java NIO非堵塞应用通常适用用在I/O读写等方面，我们知道，系统运行的性能瓶颈通常在I/O读写，包括对端口和文件的操作上，之前，在打开一个I/O通道后，read()将一直等待在端口一边读取字节内容，如果没有内容进来，read()也是傻傻的等，这会影响我们程序继续做其他事情，那么改进做法就是开设线程，让线程去等待，但是这样做也是相当耗费资源的。Hadoop中的RPC机制中，就采用了java nio非阻塞通讯的方式对hdfs文件进行读写操作。为了更深入的了解Java ni非阻塞通讯原理，首先就要了解一下阻塞io通讯模型；然后再去对比的理解Java nio阻塞通讯；最后通过可以写一非阻塞nio通讯的server代码和client代码。退出

一、Java阻塞io原理模型、Java nio非阻塞通讯模型的区别

 

         1.阻塞io通讯模型

 

          如果对阻塞I/O已有了一定了解，那么我们知道阻塞I/O在调用InputStream.read()方法时是阻塞的，它会一直等到数据到来时（或超时）才会返回；同样，在调用ServerSocket.accept()方法时，也会一直阻塞到有客户端连接才会返回，每个客户端连接过来后，服务端都会启动一个线程去处理该客户端的请求。阻塞I/O的通信模型示意图如下：

 

       

          通过上图，你会发现阻塞I/O存在一些缺点。根据阻塞I/O通信模型，总结两大缺点：
          A. 当客户端多时，会创建大量的处理线程。且每个线程都要占用栈空间和一些CPU时间
          B. 阻塞可能带来频繁的上下文切换，且大部分上下文切换可能是无意义的。
         通过分析，这种情况下非阻塞式I/O就有了它的应用前景。

         2.非阻塞io通讯模型

 

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

          1. 由一个专门的线程来处理所有的 IO 事件，并负责分发。
          2. 事件驱动机制：事件到的时候触发，而不是同步的去监视事件。
          3. 线程通讯：线程之间通过 wait,notify 等方式通讯。保证每次上下文切换都是有意义的。减少无谓的线程切换。

 

每个线程的处理流程大概都是读取数据、解码、计算处理、编码、发送响应

 

          Java NIO的服务端只需启动一个专门的线程来处理所有的 IO 事件，这种通信模型是怎么实现的呢？呵呵，我们一起来探究它的奥秘吧。java NIO采用了双向通道（channel）进行数据传输，而不是单向的流（stream），在通道上可以注册我们感兴趣的事件。一共有以下四种事件：

          

1.服务端接收客户端连接事件：SelectionKey.OP_ACCEPT(16)
2.客户端连接服务端事件：SelectionKey.OP_CONNECT(8)
3.读事件：SelectionKey.OP_READ(1)
4.写事件：SelectionKey.OP_WRITE(4)

 

          服务端和客户端各自维护一个管理通道的对象，我们称之为selector，该对象能检测一个或多个通道 (channel) 上的事件。我们以服务端为例，如果服务端的selector上注册了读事件，某时刻客户端给服务端发送了一些数据，阻塞I/O这时会调用read()方法阻塞地读取数据，而NIO的服务端会在selector中添加一个读事件。服务端的处理线程会轮询地访问selector，如果访问selector时发现有感兴趣的事件到达，则处理这些事件，如果没有感兴趣的事件到达，则处理线程会一直阻塞直到感兴趣的事件到达为止。下面是我理解的java NIO的通信模型示意图

 

 

二、实战：代码分析

         1.server端代码

          

         2.client端代码