好记性不如烂笔头——NIO学习笔记

本文是对NIO知识的概括与整理

1.阻塞与同步

1）阻塞(Block)和非租塞(NonBlock):

阻塞和非阻塞是进程在访问数据的时候，数据是否准备就绪的一种处理方式，当数据没有准备的时候阻塞：每每须要等待缞冲区中的数据准备好事后才处理其余的事情，否則一直等待在那里。

非阻塞：当咱们的进程访问咱们的数据缓冲区的时候，若是数据没有准备好则直接返回，不会等待。若是数据已经准备好，也直接返回

2）同步(Synchronization)和异步(Async)的方式：

同步和异步都是基于应用程序私操做系统处理IO事件所采用的方式，好比同步：是应用程序要直接参与IO读写的操做。异步：全部的IO读写交给搡做系统去处理，应用程序只须要等待通知。

同步方式在处理IO事件的时候，必须阻塞在某个方法上靣等待咱们的IO事件完成(阻塞IO事件或者经过轮询IO事件的方式）.对于异步来讲，全部的IO读写都交给了搡做系统。这个时候，咱们能够去作其余的事情，并不拓要去完成真正的IO搡做，当搡做完成IO后.会给咱们的应用程序一个通知

同步：阻塞到IO事件，阻塞到read成则write。这个时候咱们就彻底不能作本身的事情，让读写方法加入到线程里面，而后阻塞线程来实现，对线程的性能开销比较大，

2.BIO与NIO对比

block IO与Non-block IO

1）区别

IO模型IONIO

方式从硬盘到内存从内存到硬盘

通讯面向流（乡村公路）面向缓存（高速公路，多路复用技术）

处理阻塞IO（多线程）非阻塞IO（反应堆Reactor）

触发无选择器（轮询机制）

2）面向流与面向缓冲

Java NIO和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。Java IO面向流意味着毎次从流中读一个成多个字节，直至读取全部字节，它们没有被缓存在任何地方，此外，它不能先后移动流中的数据。若是须要先后移动从流中读取的教据，须要先将它缓存到一个缓冲区。Java NIO的缓冲导向方法略有不一样。数据读取到一个它稍后处理的缓冲区，霱要时可在缓冲区中先后移动。这就增长了处理过程当中的灵活性。可是，还须要检查是否该缓冲区中包含全部您须要处理的数裾。并且，需确保当更多的数据读入缓冲区时，不要覆盖缓冲区里还没有处理的数据。

3）阻塞与非阻塞

Java IO的各类流是阻塞的。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，或数据彻底写入。该线程在此期间不能再干任何事情了。 Java NIO的非阻塞模式，使一个线程从某通道发送请求读取数据，可是它仅能获得目前可用的数据，若是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，因此直至数据变的能够读取以前，该线程能够继续作其余的事情。 非阻塞写也是如此。一个线程请求写入一些数据到某通道，但不须要等待它彻底写入，这个线程同时能够去作别的事情。 线程一般将非阻塞IO的空闲时间用于在其它通道上执行IO操做，因此一个单独的线程如今能够管理多个输入和输出通道（channel）。

4）选择器（Selector)

Java NIO的选择器容许一个单独的线程来监视多个输入通道，你能够注册多个通道使用一个选择器，而后使用一个单独的线程来“选择"通道：这些通里已经有能够处理的褕入，或者选择已准备写入的通道。这选怿机制，使得一个单独的线程很容易来管理多个通道。

5）NIO和BIO读取文件

BIO读取文件

BIO从一个阻塞的流中一行一行的读取数据

NIO读取文件

通道是数据的载体，buffer是存储数据的地方，线程每次从buffer检查数据通知给通道

6）处理数据的线程数

NIO：一个线程管理多个链接

BIO：一个线程管理一个链接

3.NIO简介

在Java1.4以前的I/O系统中，提供的都是面向流的I/O系统，系统一次一个字节地处理数据，一个输入流产生一个字节的数据，一个输出流消费一个字节的数据，面向流的I/O速度很是慢，而在Java 1.4中推出了NIO，这是一个面向块的I/O系统，系统以块的方式处理处理，每个操做在一步中产生或者消费一个数据库，按块处理要比按字节处理数据快的多。

在NIO中有几个核心对象须要掌握：缓冲区（Buffer）、通道（Channel）、选择器（Selector）。

4.缓冲区Buffer

缓冲区其实是一个容器对象，更直接的说，其实就是一个数组，在NIO库中，全部数据都是用缓冲区处理的。在读取数据时，它是直接读到缓冲区中的； 在写入数据时，它也是写入到缓冲区中的；任什么时候候访问 NIO 中的数据，都是将它放到缓冲区中。而在面向流I/O系统中，全部数据都是直接写入或者直接将数据读取到Stream对象中。

在NIO中，全部的缓冲区类型都继承于抽象类Buffer，最经常使用的就是ByteBuffer，对于Java中的基本类型，基本都有一个具体Buffer类型与之相对应，它们之间的继承关系以下图所示：

1）其中的四个属性的含义分别以下：

容量（Capacity）：缓冲区可以容纳的数据元素的最大数量。这一个容量在缓冲区建立时被设定，而且永远不能改变。

上界(Limit)：缓冲区的第一个不能被读或写的元素。或者说,缓冲区中现存元素的计数。

位置(Position)：下一个要被读或写的元素的索引。位置会自动由相应的 get( )和 put( )函数更新。

标记(Mark)：下一个要被读或写的元素的索引。位置会自动由相应的 get( )和 put( )函数更新。

2）Buffer的常见方法以下所示:

flip(): 写模式转换成读模式

rewind()：将 position 重置为 0 ，通常用于重复读。

clear() ：

compact(): 将未读取的数据拷贝到 buffer 的头部位。

mark(): reset():mark 能够标记一个位置， reset 能够重置到该位置。

Buffer 常见类型： ByteBuffer 、 MappedByteBuffer 、 CharBuffer 、 DoubleBuffer 、 FloatBuffer 、 IntBuffer 、 LongBuffer 、 ShortBuffer 。

3）基本操做

Buffer基础操做： 连接

缓冲区分片，缓冲区分配，直接缓存区，缓存区映射，缓存区只读：连接

4）缓冲区存取数据流程

存数据时position会++，当中止数据读取的时候

调用flip()，此时limit=position，position=0

读取数据时position++，一直读取到limit

clear() 清空 buffer ，准备再次被写入 (position 变成 0 ， limit 变成 capacity) 。

5.通道Channel

通道是一个对象，经过它能够读取和写入数据，固然了全部数据都经过Buffer对象来处理。咱们永远不会将字节直接写入通道中，相反是将数据写入包含一个或者多个字节的缓冲区。一样不会直接从通道中读取字节，而是将数据从通道读入缓冲区，再从缓冲区获取这个字节。

在NIO中，提供了多种通道对象，而全部的通道对象都实现了Channel接口。它们之间的继承关系以下图所示：

1）使用NIO读取数据

在前面咱们说过，任什么时候候读取数据，都不是直接从通道读取，而是从通道读取到缓冲区。因此使用NIO读取数据能够分为下面三个步骤：

从FileInputStream获取Channel

建立Buffer

将数据从Channel读取到Buffer中

2）使用NIO写入数据

使用NIO写入数据与读取数据的过程相似，一样数据不是直接写入通道，而是写入缓冲区，能够分为下面三个步骤：

从FileInputStream获取Channel

建立Buffer

将数据从Channel写入到Buffer中

6.反应堆

1）阻塞IO模型

在老的IO包中，serverSocket和socket都是阻塞式的，所以一旦有大规模的并发行为，而每个访问都会开启一个新线程。这时会有大规模的线程上下文切换操做（由于都在等待，因此资源全都被已有的线程吃掉了），这时不管是等待的线程仍是正在处理的线程，响应率都会降低，而且会影响新的线程。

2）NIO

Java NIO是在jdk1.4开始使用的，它既能够说成“新IO”，也能够说成非阻塞式I/O。下面是java NIO的工做原理：

1.由一个专门的线程来处理全部的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.线程通信：线程之间经过wait,notify等方式通信。保证每次上下文切换都是有意义的。减小无谓的线程切换。

注：每一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。

7.选择器

传统的 server / client 模式会基于 TPR ( Thread per Request ) ．服务器会为每一个客户端请求创建一个线程．由该线程单独负贵处理一个客户请求。这种模式带未的一个问题就是线程数是的剧增．大量的线程会增大服务器的开销，大多数的实现为了不这个问题，都采用了线程池模型，并设置线程池线程的最大数量，这又带来了新的问题，若是线程池中有 200 个线程，而有 200 个用户都在进行大文件下载，会致使第 201 个用户的请求没法及时处理，即使第 201 个用户只想请求一个几 KB 大小的页面。传统的 Sorvor / Client 模式以下围所示：

NIO 中非阻塞IO采用了基于Reactor模式的工做方式，IO调用不会被阻塞，相反是注册感兴趣的特色IO事件，如可读数据到达，新的套接字等等，在发生持定率件时，系统再通知咱们。 NlO中实现非阻塞IO的核心设计Selector，Selector就是注册各类IO事件的地方，并且当那些事件发生时，就是这个对象告诉咱们所发生的事件。

当有读或者写等任何注册的事件发生时，能够从Selector中得到相应的SelectionKey，同时从SelectionKey中能够找到发生的事件和该事件所发生的具体的SelectableChannel，以得到客户端发送过来的数据。

使用NIO中非阻塞IO编写服务器处理程序，有三个步骤

1.向Selector对象注册感兴趣的事件

2.从Selector中获取感兴趣的事件

3.根据不一样事件进行相应的处理

8.NIO源码分析

Selector是NIO的核心

epool模型

1）Selector

Selector的open

2）ServerSocketChannel

ServerSocketChannel.open

9.AIO

Asynchronous IO

异步非阻塞IO

BIO ServerSocket

NIO ServerSocketChannel

AIO AsynchronousServerSocketChannel

AIO通讯

看完本文的同窗都掌握了吗，还没掌握的同窗能够收藏哟，也能够转给其余须要的同窗。