Java NIO原理图文分析及代码实现

目录：

一．java NIO 和阻塞I/O的区别

     1. 阻塞I/O通讯模型

     2. java NIO原理及通讯模型

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通讯模型 

假如如今你对阻塞I/O已有了必定了解，咱们知道阻塞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；一样，在调用ServerSocket.accept()方法时，也会一直阻塞到有客户端链接才会返回，每一个客户端链接过来后，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的通讯模型示意图以下：

 

 

若是你细细分析，必定会发现阻塞I/O存在一些缺点。根据阻塞I/O通讯模型，我总结了它的两点缺点：

1. 当客户端多时，会建立大量的处理线程。且每一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多是无心义的。

在这种状况下非阻塞式I/O就有了它的应用前景。

2. java NIO原理及通讯模型 

Java NIO是在jdk1.4开始使用的，它既能够说成“新I/O”，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。 

阅读过一些资料以后，下面贴出我理解的java NIO的工做原理图：

 

 

（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。）

Java NIO的服务端只需启动一个专门的线程来处理全部的 IO 事件，这种通讯模型是怎么实现的呢？呵呵，咱们一块儿来探究它的奥秘吧。java NIO采用了双向通道（channel）进行数据传输，而不是单向的流（stream），在通道上能够注册咱们感兴趣的事件。一共有如下四种事件：

 

事件名 对应值

服务端接收客户端链接事件 SelectionKey.OP_ACCEPT(16)

客户端链接服务端事件 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，咱们称之为selector，该对象能检测一个或多个通道 (channel) 上的事件。咱们以服务端为例，若是服务端的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，若是访问selector时发现有感兴趣的事件到达，则处理这些事件，若是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的通讯模型示意图：

 

 

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：

 

Java代码  收藏代码

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;  

  

    /** 

     * 得到一个ServerSocket通道，并对该通道作一些初始化的工做 

     * @param port  绑定的端口号 

     * @throws IOException 

     */  

    public void initServer(int port) throws IOException {  

        // 得到一个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));  

        // 得到一个通道管理器  

        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，若是该事件没到达selector.select()会一直阻塞。  

        serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);  

    }  

  

    /** 

     * 采用轮询的方式监听selector上是否有须要处理的事件，若是有，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；不然,该方法会一直阻塞  

            selector.select();  

            // 得到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();  

                // 客户端请求链接事件  

                if (key.isAcceptable()) {  

                    ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key  

                            .channel();  

                    // 得到和客户端链接的通道  

                    SocketChannel channel = server.accept();  

                    // 设置成非阻塞  

                    channel.configureBlocking(false);  

  

                    //在这里能够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()));  

                    //在和客户端链接成功以后，为了能够接收到客户端的信息，须要给通道设置读的权限。  

                    channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ);  

                      

                    // 得到了可读的事件  

                } 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:获得事件发生的Socket通道  

        SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();  

        // 建立读取的缓冲区  

        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：

 

 

Java代码  收藏代码

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;  

  

    /** 

     * 得到一个Socket通道，并对该通道作一些初始化的工做 

     * @param ip 链接的服务器的ip 

     * @param port  链接的服务器的端口号          

     * @throws IOException 

     */  

    public void initClient(String ip,int port) throws IOException {  

        // 得到一个Socket通道  

        SocketChannel channel = SocketChannel.open();  

        // 设置通道为非阻塞  

        channel.configureBlocking(false);  

        // 得到一个通道管理器  

        this.selector = Selector.open();  

          

        // 客户端链接服务器,其实方法执行并无实现链接，须要在listen（）方法中调  

        //用channel.finishConnect();才能完成链接  

        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上是否有须要处理的事件，若是有，则进行处理 

     * @throws IOException 

     */  

    @SuppressWarnings("unchecked")  

    public void listen() throws IOException {  

        // 轮询访问selector  

        while (true) {  

            selector.select();  

            // 得到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();  

                // 链接事件发生  

                if (key.isConnectable()) {  

                    SocketChannel channel = (SocketChannel) key  

                            .channel();  

                    // 若是正在链接，则完成链接  

                    if(channel.isConnectionPending()){  

                        channel.finishConnect();  

                          

                    }  

                    // 设置成非阻塞  

                    channel.configureBlocking(false);  

  

                    //在这里能够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()));  

                    //在和服务端链接成功以后，为了能够接收到服务端的信息，须要给通道设置读的权限。  

                    channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ);  

                      

                    // 得到了可读的事件  

                } 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方法同样  

    }  

      

      

    /** 

     * 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 。不过若是对java NIO的理解存在异议的，欢迎一块儿讨论。