NIO

Wesley13
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一、什么是阻塞和非阻塞?

  • 传统的 IO 流都是阻塞式的。也就是说,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写入,该线程在此期间不 能执行其他任务。因此,在完成网络通信进行 IO 操作时,由于线程会 阻塞,所以服务器端必须为每个客户端都提供一个独立的线程进行处理, 当服务器端需要处理大量客户端时,性能急剧下降。

  • Java NIO 是非阻塞模式的。当线程从某通道进行读写数据时,若没有数 据可用时,该线程可以进行其他任务。线程通常将非阻塞 IO 的空闲时 间用于在其他通道上执行 IO 操作,所以单独的线程可以管理多个输入 和输出通道。因此,NIO 可以让服务器端使用一个或有限几个线程来同 时处理连接到服务器端的所有客户端。

二、NIO中阻塞和非阻塞用法

1. NIO中的阻塞式IO用法

package com.gf.nio;import org.junit.Test;import java.io.IOException;import java.net.InetSocketAddress;import java.nio.ByteBuffer;import java.nio.channels.FileChannel;import java.nio.channels.ServerSocketChannel;import java.nio.channels.SocketChannel;import java.nio.file.Paths;import java.nio.file.StandardOpenOption;/**
 * 一、使用 NIO 完成网络通信的三个核心:
 *
 * 1. 通道(Channel):负责连接
 *
 *     java.nio.channels.Channel 接口:
 *          |--SelectableChannel
 *              |--SocketChannel
 *              |--ServerSocketChannel
 *              |--DatagramChannel
 *
 *              |--Pipe.SinkChannel
 *              |--Pipe.SourceChannel
 *
 * 2. 缓冲区(Buffer):负责数据的存取
 *
 * 3. 选择器(Selector):是 SelectableChannel 的多路复用器。用于监控 SelectableChannel 的 IO 状况
 *
 */public class TestBlockingNIO {

    /**
     * 客户端
     */
    @Test
    public void client() throws IOException {
        //1. 建立网络通道,连接指定服务器端口
        SocketChannel sChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress( "127.0.0.1" , 9898 ));
        //2. 创建客户端本地文件通道
        FileChannel fileChannel=FileChannel.open( Paths.get("/Users/huanchu/Documents/1.png"), StandardOpenOption.READ);
        //3. 创建缓冲区
        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
        //4. 读取本地文件,发送到服务器
        while(fileChannel.read(buf) != -1)
        {
            buf.flip();
            sChannel.write(buf);
            buf.clear();
        }
        //5.告诉服务端我发送完毕
        sChannel.shutdownOutput();

        //接受端反馈
        int len=0;
        while((len=sChannel.read(buf))!=-1)
        {
            buf.flip();
            System.out.println(new String(buf.array(),0,len));
            buf.clear();
        }

        fileChannel.close();
        sChannel.close();
    }

    /**
     * 服务端
     */
    @Test
    public void server() throws IOException {
        ServerSocketChannel ssChannel = ServerSocketChannel.open();
        FileChannel outChannel = FileChannel.open( Paths.get( "/Users/huanchu/Documents/2.png" ) , StandardOpenOption.WRITE , StandardOpenOption.CREATE );
        ssChannel.bind( new InetSocketAddress( 9898 ) );
        SocketChannel sChannel = ssChannel.accept();
        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate( 1024 );

        while (sChannel.read( buf ) != -1) {
            buf.flip();
            outChannel.write( buf );
            buf.clear();
        }

        //发送反馈给客户端
        buf.put( "服务端接收数据成功".getBytes() );
        buf.flip();
        sChannel.write( buf );

        sChannel.close();
        outChannel.close();

    }}

2. NIO中的非阻塞式IO的使用

SocketChannel

package com.gf.nio;import org.junit.Test;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.time.Instant;import java.util.Iterator;public class TestNonBlockingNIO {

    /**
     * 客户端
     */
    @Test
    public void client() throws IOException {
        //1. 获取通道
        SocketChannel sChannel = SocketChannel.open( new InetSocketAddress( "127.0.0.1" ,9898 ) );

        //2. 切换成非阻塞模式
        sChannel.configureBlocking( false );

        //3. 分配指定大小的缓冲区
        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate( 1024 );

        //4. 发送数据给服务端
        buf.put( Instant.now().toString().getBytes() );
        buf.flip();
        sChannel.write( buf );
        buf.clear();

        //5. 关闭通道
        sChannel.close();

    }

    /**
     * 服务端
     */
    @Test
    public void server() throws IOException {
        //1. 获取通道
        ServerSocketChannel sChannel = ServerSocketChannel.open();

        //2. 切换成非阻塞模式
        sChannel.configureBlocking( false );

        //3. 绑定连接
        sChannel.bind( new InetSocketAddress( 9898 ) );

        //4. 获取选择器
        Selector selector = Selector.open();

        //5. 将通道注册到选择器上,并且指定 "监听接收事件"
        sChannel.register( selector , SelectionKey.OP_ACCEPT );

        //6. 轮询式的获取选择器上已经 "准备就绪" 的事件
        while (selector.select() > 0) {
            //7. 获取当前选择器中所有注册的选择键(已就绪的监听事件)
            Iterator<SelectionKey> it = selector.selectedKeys().iterator();

            while (it.hasNext()) {
                //8. 获取准备就绪的事件
                SelectionKey sk = it.next();
                //9. 判断具体是什么事件准备就绪
                if (sk.isAcceptable()) {
                    //10. 若 "接受就绪",获取客户端连接
                    SocketChannel ssChannel = sChannel.accept();

                    //11. 切换为非阻塞模式
                    ssChannel.configureBlocking( false );

                    //12. 将该通道注册到选择器上
                    ssChannel.register( selector , SelectionKey.OP_READ);
                } else if (sk.isReadable()) {
                    //13. 获取当前选择器上“读就绪”状态的通道
                    SocketChannel ssChannel = (SocketChannel) sk.channel();

                    //14. 读取数据
                    ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);

                    int len = 0;
                    while((len = ssChannel.read(buf)) > 0 ){
                        buf.flip();
                        System.out.println(new String(buf.array(), 0, len));
                        buf.clear();
                    }

                }

                //15. 取消选择键 SelectionKey
                it.remove();
            }

        }

    }}

DatagramChannel

package com.gf.nio;import java.io.IOException;import java.net.InetSocketAddress;import java.nio.ByteBuffer;import java.nio.channels.DatagramChannel;import java.nio.channels.SelectionKey;import java.nio.channels.Selector;import java.util.Date;import java.util.Iterator;import java.util.Scanner;import org.junit.Test;public class TestNonBlockingNIO2 {
    
    @Test
    public void send() throws IOException{
        DatagramChannel dc = DatagramChannel.open();
        
        dc.configureBlocking(false);
        
        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
        
        Scanner scan = new Scanner(System.in);
        
        while(scan.hasNext()){
            String str = scan.next();
            buf.put((new Date().toString() + ":\n" + str).getBytes());
            buf.flip();
            dc.send(buf, new InetSocketAddress("127.0.0.1", 9898));
            buf.clear();
        }
        
        dc.close();
    }
    
    @Test
    public void receive() throws IOException{
        DatagramChannel dc = DatagramChannel.open();
        
        dc.configureBlocking(false);
        
        dc.bind(new InetSocketAddress(9898));
        
        Selector selector = Selector.open();
        
        dc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
        
        while(selector.select() > 0){
            Iterator<SelectionKey> it = selector.selectedKeys().iterator();
            
            while(it.hasNext()){
                SelectionKey sk = it.next();
                
                if(sk.isReadable()){
                    ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
                    
                    dc.receive(buf);
                    buf.flip();
                    System.out.println(new String(buf.array(), 0, buf.limit()));
                    buf.clear();
                }
            }
            
            it.remove();
        }
    }}

本文分享自微信公众号 - 程序员果果(huanchuguofupk_gz)。
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