Java NIO原理图文分析及代码实现
前言:
最近在分析hadoop的RPC(Remote Procedure Call Protocol ，远程过程调用协议，它是一种通过网络从远程计算机程序上请求服务，而不需要了解底层网络技术的协议。可以参考：http://baike.baidu.com/view/32726.htm ）机制时，发现hadoop的RPC机制的实现主要用到了两个技术：动态代理（动态代理可以参考博客：http://weixiaolu.iteye.com/blog/1477774 ）和java NIO。为了能够正确地分析hadoop的RPC源码，我觉得很有必要先研究一下java NIO的原理和具体实现。
这篇博客我主要从两个方向来分析java NIO
目录：
一．java NIO 和阻塞I/O的区别
1. 阻塞I/O通信模型
2. java NIO原理及通信模型
二．java NIO服务端和客户端代码实现
具体分析：
一．java NIO 和阻塞I/O的区别
1. 阻塞I/O通信模型
假如现在你对阻塞I/O已有了一定了解，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：
如果你细细分析，一定会发现阻塞I/O存在一些缺点。根据阻塞I/O通信模型，我总结了它的两点缺点：
1. 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
2. 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。
在这种情况下非阻塞式I/O就有了它的应用前景。
2. java NIO原理及通信模型
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。
阅读过一些资料之后，下面贴出我理解的java NIO的工作原理图：
（注：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：
| 事件名 | 对应值 |
| 服务端接收客户端连接事件 | SelectionKey.OP_ACCEPT(16) |
| 客户端连接服务端事件 | SelectionKey.OP_CONNECT(8) |
| 读事件 | SelectionKey.OP_READ(1) |
| 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．java NIO服务端和客户端代码实现
为了更好地理解java NIO,下面贴出服务端和客户端的简单代码实现。
服务端：
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服务端
* @author 小路
*/
public class NIOServer {
//通道管理器
private Selector selector;
/**
* 获得一个ServerSocket通道，并对该通道做一些初始化的工作
* @param port 绑定的端口号
* @throws IOException
*/
public void initServer(int port) throws IOException {
// 获得一个ServerSocket通道
ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();
// 设置通道为非阻塞
serverChannel.configureBlocking(false);
// 将该通道对应的ServerSocket绑定到port端口
serverChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(port));
// 获得一个通道管理器
this.selector = Selector.open();
//将通道管理器和该通道绑定，并为该通道注册SelectionKey.OP_ACCEPT事件,注册该事件后，
//当该事件到达时，selector.select()会返回，如果该事件没到达selector.select()会一直阻塞。
serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
}
/**
* 采用轮询的方式监听selector上是否有需要处理的事件，如果有，则进行处理
* @throws IOException
*/
@SuppressWarnings("unchecked")
public void listen() throws IOException {
System.out.println("服务端启动成功！");
// 轮询访问selector
while (true) {
//当注册的事件到达时，方法返回；否则,该方法会一直阻塞
selector.select();
// 获得selector中选中的项的迭代器，选中的项为注册的事件
Iterator ite = this.selector.selectedKeys().iterator();
while (ite.hasNext()) {
SelectionKey key = (SelectionKey) ite.next();
// 删除已选的key,以防重复处理
ite.remove();
// 客户端请求连接事件
if (key.isAcceptable()) {
ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key
.channel();
// 获得和客户端连接的通道
SocketChannel channel = server.accept();
// 设置成非阻塞
channel.configureBlocking(false);
//在这里可以给客户端发送信息哦
channel.write(ByteBuffer.wrap(new String("向客户端发送了一条信息").getBytes()));
//在和客户端连接成功之后，为了可以接收到客户端的信息，需要给通道设置读的权限。
channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ);
// 获得了可读的事件
} else if (key.isReadable()) {
read(key);
}
}
}
}
/**
* 处理读取客户端发来的信息 的事件
* @param key
* @throws IOException
*/
public void read(SelectionKey key) throws IOException{
// 服务器可读取消息:得到事件发生的Socket通道
SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
// 创建读取的缓冲区
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
channel.read(buffer);
byte[] data = buffer.array();
String msg = new String(data).trim();
System.out.println("服务端收到信息："+msg);
ByteBuffer outBuffer = ByteBuffer.wrap(msg.getBytes());
channel.write(outBuffer);// 将消息回送给客户端
}
/**
* 启动服务端测试
* @throws IOException
*/
public static void main(String[] args) throws IOException {
NIOServer server = new NIOServer();
server.initServer(8000);
server.listen();
}
}
客户端：
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客户端
* @author 小路
*/
public class NIOClient {
//通道管理器
private Selector selector;
/**
* 获得一个Socket通道，并对该通道做一些初始化的工作
* @param ip 连接的服务器的ip
* @param port 连接的服务器的端口号
* @throws IOException
*/
public void initClient(String ip,int port) throws IOException {
// 获得一个Socket通道
SocketChannel channel = SocketChannel.open();
// 设置通道为非阻塞
channel.configureBlocking(false);
// 获得一个通道管理器
this.selector = Selector.open();
// 客户端连接服务器,其实方法执行并没有实现连接，需要在listen（）方法中调
//用channel.finishConnect();才能完成连接
channel.connect(new InetSocketAddress(ip,port));
//将通道管理器和该通道绑定，并为该通道注册SelectionKey.OP_CONNECT事件。
channel.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT);
}
/**
* 采用轮询的方式监听selector上是否有需要处理的事件，如果有，则进行处理
* @throws IOException
*/
@SuppressWarnings("unchecked")
public void listen() throws IOException {
// 轮询访问selector
while (true) {
selector.select();
// 获得selector中选中的项的迭代器
Iterator ite = this.selector.selectedKeys().iterator();
while (ite.hasNext()) {
SelectionKey key = (SelectionKey) ite.next();
// 删除已选的key,以防重复处理
ite.remove();
// 连接事件发生
if (key.isConnectable()) {
SocketChannel channel = (SocketChannel) key
.channel();
// 如果正在连接，则完成连接
if(channel.isConnectionPending()){
channel.finishConnect();
}
// 设置成非阻塞
channel.configureBlocking(false);
//在这里可以给服务端发送信息哦
channel.write(ByteBuffer.wrap(new String("向服务端发送了一条信息").getBytes()));
//在和服务端连接成功之后，为了可以接收到服务端的信息，需要给通道设置读的权限。
channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ);
// 获得了可读的事件
} else if (key.isReadable()) {
read(key);
}
}
}
}
/**
* 处理读取服务端发来的信息 的事件
* @param key
* @throws IOException
*/
public void read(SelectionKey key) throws IOException{
//和服务端的read方法一样
}
/**
* 启动客户端测试
* @throws IOException
*/
public static void main(String[] args) throws IOException {
NIOClient client = new NIOClient();
client.initClient("localhost",8000);
client.listen();
}
}
小结：
终于把动态代理和java NIO分析完了，呵呵，下面就要分析hadoop的RPC机制源码了，博客地址：http://weixiaolu.iteye.com/blog/1504898 。不过如果对java NIO的理解存在异议的，欢迎一起讨论。
如需转载，请注明出处：http://weixiaolu.iteye.com/blog/1479656
相关推荐
- **Java NIO原理及通信模型**：NIO采用了非阻塞的方式，通过一个单独的线程来处理所有IO事件，使用事件驱动机制，当事件发生时才进行处理。它依赖于选择器（Selector）来监控多个通道（Channel）上的事件，如连接...
2. **源代码**：源代码包是理解Tomcat内部工作原理和进行自定义修改的关键。通过查看源代码，开发者可以深入学习Tomcat的生命周期管理、请求处理流程、连接器（Connector）和容器（Container）架构等核心概念。 3. ...
第11讲：深入理解指针(1)
springboot整合 freemarker方法
第14讲：深入理解指针(4)
《同行者4.1.2语音助手：车机版安装详解》 在现代科技日新月异的时代，智能车载设备已经成为了汽车生活的重要组成部分。"同行者4.1.2"便是这样一款专为车机设计的语音助手，旨在提供更为便捷、安全的驾驶体验。该版本针对掌讯全系列设备进行了兼容优化，让车主能够轻松实现语音控制，减少驾驶过程中的手动操作，提升行车安全性。 我们来了解下"同行者4.1.2"的核心功能。这款语音助手集成了智能语音识别技术，用户可以通过简单的语音指令完成导航、音乐播放、电话拨打等一系列操作，有效避免了因操作手机或车机带来的分心。此外，其强大的语义理解和自学习能力，使得它能逐步适应用户的口音和习惯，提供更个性化的服务。 在安装过程中，用户需要注意的是，"同行者4.1.2"包含了四个核心组件，分别是： 1. TXZCore.apk：这是同行者语音助手的基础框架，包含了语音识别和处理的核心算法，是整个应用运行的基础。 2. com.txznet.comm.base.BaseApplication.apk：这个文件可能包含了应用的公共模块和基础服务，为其他组件提供支持。 3. TXZsetting.apk：这
市场拓展主管绩效考核表
“线上购车3D全方位体验：汽车模型展示与个性化定制功能”,three.js案例- 线上购车3d展示（源码） 包含内容：1.汽车模型展示；2.汽车肤；3.轮毂部件更；4.开关车门动画；5.汽车尺寸测量；6.自动驾驶;7.镜面倒影;8.hdr运用；9.移动端适配； 本为html+css+three.js源码 ,核心关键词：three.js案例; 线上购车3D展示; 汽车模型展示; 汽车换肤; 轮毂部件更换; 开关车门动画; 汽车尺寸测量; 自动驾驶; 镜面倒影; HDR运用; 移动端适配; HTML+CSS+three.js源码。,"Three.js源码：线上购车3D展示案例，含汽车模型、换肤、轮毂更换等九大功能"
数据名称：2000-2022年各县市区主要社会经济发展指标面板数据 数据类型：dta格式 数据来源：中国县域统计
一、智慧环卫管理平台的建设背景与目标 智慧环卫管理平台的建设源于对环卫管理全面升级的需求。当前，城管局已拥有139辆配备车载GPS系统、摄像头和油耗传感器的环卫车辆，但环卫人员尚未配备智能移动终端，公厕也缺乏信息化系统和智能终端设备。为了提升环卫作业效率、实现精细化管理并节省开支，智慧环卫管理平台应运而生。该平台旨在通过信息化技术和软硬件设备，如车载智能终端和环卫手机App，实时了解环卫人员、车辆的工作状态、信息和历史记录，使环卫作业管理透明化、精细化。同时，平台还期望通过数据模型搭建和数据研读，实现更合理的环卫动态资源配置，为环卫工作的科学、健康、持续发展提供决策支持。 二、智慧环卫管理平台的建设内容与功能 智慧环卫管理平台的建设内容包括运行机制体制建设、业务流程设计、智慧公厕系统建设、网络建设、主机和储存平台需求、平台运维管理体系、硬件标准规范体系以及考核评价体系等多个方面。其中，智慧公厕系统建设尤为关键，它能实时监控公厕运行状态，保障公厕的清洁和正常运行。平台建设还充分利用了现有的电子政务网络资源，并考虑了有线和无线网络的需求。在功能上，平台通过普查、整合等手段全面收集环卫车辆、企业、人员、设施、设备等数据，建立智慧环卫基础数据库。利用智能传感、卫星定位等技术实现环卫作业的在线监管和远程监控，实现对道路、公共场所等的作业状况和卫生状况的全面监管。此外，平台还建立了环卫作业网格化管理责任机制，实现从作业过程到结果的全面监管，科学评价区域、部门、单位和人员的作业效果。 三、智慧环卫管理平台的效益与风险规避 智慧环卫管理平台的建设将带来显著的环境、经济和管理效益。环境方面，它将有力推进环境卫生监管服务工作，改善环境卫生状况，为人民群众创造更加清洁、卫生的工作和生活环境。经济方面，通过智慧化监管，大大降低了传统管理手段的成本，提高了监管的准确性和效率。管理方面，平台能够追踪溯源市民反映的问题，如公厕异味、渣土车辆抛洒等，并找到相应的责任单位进行处置，防止类似事件再次发生。同时，平台还拥有强大的预警机制功能，能够在很多环卫问题尚未出现前进行处置。然而，平台建设也面临一定的风险，如部门协调、配合问题，建设单位选择风险以及不可预测的自然灾害等。为了规避这些风险，需要加强领导、统一思想，选择优秀的系统集成商承接项目建设，并做好计算机和应用系统的培训工作。同时，也要注意标准制定工作和相关法律法规的制定工作，以保证系统建设完成后能够真正为环卫管理工作带来便利。
36 -企业管理主管绩效考核表1
1.1 -1.4 工程代码
USDT合约，USDT智能合约
基于姿态估计三维人脸形状重建.pdf
一般员工绩效考核表模板（通用版） (2)
全国各省295地级市互联网普及率、互联网用户数、每百人互联网宽带用户（2011-2022年） 数据年份：2011-2022年（2022存在部分缺失） 数据范围：全国各省295个地级市 数据来源：地方统计局
一、各省、分行业CO2排放、283个地级市碳排放及计算过程 2.分行业二氧化碳排放量 在这里插入图片描述 3、280多个地级市碳排放及计算过程 二、碳中和文献、最新政策、碳金融数据+数学建模 1.二氧化碳减排规划，碳金融数据收集及数学建模 2.碳中和政策和下载量最高的碳中和论文 三、碳排放+碳市场+碳交易+碳中和+碳排放核算Excel自动计算表 全行业碳排放核算Excel自动计算表 四、碳交易数据 五、主要能源碳排放计算参数
第20讲：自定义类型：结构体
视觉跟踪算法综述.pdf