javaIO2--NIO

时间  2019-11-21
标签 javaio2 javaio nio 栏目 Java 繁體版
原文   原文链接

NIO

新的输入/输出 (NIO) 库是在 JDK 1.4 中引入的，弥补了原来的 I/O 的不足，提供了高速的、面向块的 I/O。java

1.1 流与块

I/O 与 NIO 最重要的区别是数据打包和传输的方式，I/O 以流的方式处理数据，而 NIO 以块的方式处理数据。数组

面向流的 I/O 一次处理一个字节数据：一个输入流产生一个字节数据，一个输出流消费一个字节数据。为流式数据建立过滤器很是容易，连接几个过滤器，以便每一个过滤器只负责复杂处理机制的一部分。不利的一面是，面向流的 I/O 一般至关慢。服务器

面向块的 I/O 一次处理一个数据块，按块处理数据比按流处理数据要快得多。可是面向块的 I/O 缺乏一些面向流的 I/O 所具备的优雅性和简单性。网络

I/O 包和 NIO 已经很好地集成了，java.io.* 已经以 NIO 为基础从新实现了，因此如今它能够利用 NIO 的一些特性。例如，java.io.* 包中的一些类包含以块的形式读写数据的方法，这使得即便在面向流的系统中，处理速度也会更快。app

1.2 通道与缓冲区

1. 通道

通道 Channel 是对原 I/O 包中的流的模拟，能够经过它读取和写入数据。socket

通道与流的不一样之处在于，流只能在一个方向上移动(一个流必须是 InputStream 或者 OutputStream 的子类)，而通道是双向的，能够用于读、写或者同时用于读写。性能

通道包括如下类型：ui

  • FileChannel：从文件中读写数据；
  • DatagramChannel：经过 UDP 读写网络中数据；
  • SocketChannel：经过 TCP 读写网络中数据；
  • ServerSocketChannel：能够监听新进来的 TCP 链接，对每个新进来的链接都会建立一个 SocketChannel。

2. 缓冲区

发送给一个通道的全部数据都必须首先放到缓冲区中，一样地，从通道中读取的任何数据都要先读到缓冲区中。也就是说，不会直接对通道进行读写数据，而是要先通过缓冲区。spa

缓冲区实质上是一个数组，但它不只仅是一个数组。缓冲区提供了对数据的结构化访问，并且还能够跟踪系统的读/写进程。操作系统

缓冲区包括如下类型：

  • ByteBuffer
  • CharBuffer
  • ShortBuffer
  • IntBuffer
  • LongBuffer
  • FloatBuffer
  • DoubleBuffer

1.3 缓冲区状态变量

  • capacity：最大容量；
  • position：当前已经读写的字节数；
  • limit：还能够读写的字节数。

状态变量的改变过程举例：

① 新建一个大小为 8 个字节的缓冲区，此时 position 为 0，而 limit = capacity = 8。capacity 变量不会改变，下面的讨论会忽略它。

 

 

 

② 从输入通道中读取 5 个字节数据写入缓冲区中，此时 position 移动设置为 5，limit 保持不变。

 

 

 

③ 在将缓冲区的数据写到输出通道以前，须要先调用 flip() 方法，这个方法将 limit 设置为当前 position，并将 position 设置为 0。

 

 

 

④ 从缓冲区中取 4 个字节到输出缓冲中，此时 position 设为 4。

 

 

 

⑤ 最后须要调用 clear() 方法来清空缓冲区，此时 position 和 limit 都被设置为最初位置。

 

 

1.4 文件 NIO 实例

如下展现了使用 NIO 快速复制文件的实例：

public static void fastCopy(String src, String dist) throws IOException {

 

    /* 得到源文件的输入字节流 */

    FileInputStream fin = new FileInputStream(src);

 

    /* 获取输入字节流的文件通道 */

    FileChannel fcin = fin.getChannel();

 

    /* 获取目标文件的输出字节流 */

    FileOutputStream fout = new FileOutputStream(dist);

 

    /* 获取输出字节流的文件通道 */

    FileChannel fcout = fout.getChannel();

 

    /* 为缓冲区分配 1024 个字节 */

    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024);

 

    while (true) {

 

        /* 从输入通道中读取数据到缓冲区中 */

        int r = fcin.read(buffer);

 

        /* read() 返回 -1 表示 EOF */

        if (r == -1) {

            break;

        }

 

        /* 切换读写 */

        buffer.flip();

 

        /* 把缓冲区的内容写入输出文件中 */

        fcout.write(buffer);

 

        /* 清空缓冲区 */

        buffer.clear();

    }

}

 

 

1.5 选择器

NIO 经常被叫作非阻塞 IO，主要是由于 NIO 在网络通讯中的非阻塞特性被普遍使用。

NIO 实现了 IO 多路复用中的 Reactor 模型，一个线程 Thread 使用一个选择器 Selector 经过轮询的方式去监听多个通道 Channel 上的事件，从而让一个线程就能够处理多个事件。

经过配置监听的通道 Channel 为非阻塞，那么当 Channel 上的 IO 事件还未到达时，就不会进入阻塞状态一直等待，而是继续轮询其它 Channel，找到 IO 事件已经到达的 Channel 执行。

由于建立和切换线程的开销很大，所以使用一个线程来处理多个事件而不是一个线程处理一个事件，对于 IO 密集型的应用具备很好地性能。

应该注意的是，只有套接字 Channel 才能配置为非阻塞，而 FileChannel 不能，为 FileChannel 配置非阻塞也没有意义。

 

 

 

1. 建立选择器

Selector selector = Selector.open();

2. 将通道注册到选择器上

ServerSocketChannel ssChannel = ServerSocketChannel.open();
ssChannel.configureBlocking(false);
ssChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

 

通道必须配置为非阻塞模式，不然使用选择器就没有任何意义了，由于若是通道在某个事件上被阻塞，那么服务器就不能响应其它事件，必须等待这个事件处理完毕才能去处理其它事件，显然这和选择器的做用背道而驰。

在将通道注册到选择器上时，还须要指定要注册的具体事件，主要有如下几类：

  • SelectionKey.OP_CONNECT
  • SelectionKey.OP_ACCEPT
  • SelectionKey.OP_READ
  • SelectionKey.OP_WRITE

它们在 SelectionKey 的定义以下：

public static final int OP_READ = 1 << 0;
public static final int OP_WRITE = 1 << 2;
public static final int OP_CONNECT = 1 << 3;
public static final int OP_ACCEPT = 1 << 4;

 

能够看出每一个事件能够被当成一个位域，从而组成事件集整数。例如：

int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;

 

3. 监听事件
int num = selector.select();

 

使用 select() 来监听到达的事件，它会一直阻塞直到有至少一个事件到达。

4. 获取到达的事件

Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();
Iterator<SelectionKey> keyIterator = keys.iterator();
while (keyIterator.hasNext()) {
    SelectionKey key = keyIterator.next();
    if (key.isAcceptable()) {
        // ...
    } else if (key.isReadable()) {
        // ...
    }
    keyIterator.remove();
}

 

5. 事件循环

由于一次 select() 调用不能处理完全部的事件，而且服务器端有可能须要一直监听事件，所以服务器端处理事件的代码通常会放在一个死循环内。

while (true) {
    int num = selector.select();
    Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();
    Iterator<SelectionKey> keyIterator = keys.iterator();
    while (keyIterator.hasNext()) {
        SelectionKey key = keyIterator.next();
        if (key.isAcceptable()) {
            // ...
        } else if (key.isReadable()) {
            // ...
        }
        keyIterator.remove();
    }
}

 

1.6 套接字 NIO 实例

public class NIOServer {

 

    public static void main(String[] args) throws IOException {

 

        Selector selector = Selector.open();

 

        ServerSocketChannel ssChannel = ServerSocketChannel.open();

        ssChannel.configureBlocking(false);

        ssChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

 

        ServerSocket serverSocket = ssChannel.socket();

        InetSocketAddress address = new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8888);

        serverSocket.bind(address);

 

        while (true) {

 

            selector.select();

            Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();

            Iterator<SelectionKey> keyIterator = keys.iterator();

 

            while (keyIterator.hasNext()) {

 

                SelectionKey key = keyIterator.next();

 

                if (key.isAcceptable()) {

 

                    ServerSocketChannel ssChannel1 = (ServerSocketChannel) key.channel();

 

                    // 服务器会为每一个新链接建立一个 SocketChannel

                    SocketChannel sChannel = ssChannel1.accept();

                    sChannel.configureBlocking(false);

 

                    // 这个新链接主要用于从客户端读取数据

                    sChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

 

                } else if (key.isReadable()) {

 

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

                    System.out.println(readDataFromSocketChannel(sChannel));

                    sChannel.close();

                }

 

                keyIterator.remove();

            }

        }

    }

 

    private static String readDataFromSocketChannel(SocketChannel sChannel) throws IOException {

 

        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

        StringBuilder data = new StringBuilder();

 

        while (true) {

 

            buffer.clear();

            int n = sChannel.read(buffer);

            if (n == -1) {

                break;

            }

            buffer.flip();

            int limit = buffer.limit();

            char[] dst = new char[limit];

            for (int i = 0; i < limit; i++) {

                dst[i] = (char) buffer.get(i);

            }

            data.append(dst);

            buffer.clear();

        }

        return data.toString();

    }

}

public class NIOClient {

 

    public static void main(String[] args) throws IOException {

        Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);

        OutputStream out = socket.getOutputStream();

        String s = "hello world";

        out.write(s.getBytes());

        out.close();

    }

}

 

1.7 内存映射文件

内存映射文件 I/O 是一种读和写文件数据的方法，它能够比常规的基于流或者基于通道的 I/O 快得多。

向内存映射文件写入多是危险的，只是改变数组的单个元素这样的简单操做，就可能会直接修改磁盘上的文件。修改数据与将数据保存到磁盘是没有分开的。

下面代码行将文件的前 1024 个字节映射到内存中，map() 方法返回一个 MappedByteBuffer，它是 ByteBuffer 的子类。所以，能够像使用其余任何 ByteBuffer 同样使用新映射的缓冲区，操做系统会在须要时负责执行映射。

MappedByteBuffer mbb = fc.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, 1024);

1.8 对比

NIO 与普通 I/O 的区别主要有如下两点：

  • NIO 是非阻塞的；
  • NIO 面向块，I/O 面向流
相关文章
相关标签/搜索
每日一句
    每一个你不满意的现在，都有一个你没有努力的曾经。
本站公众号
   欢迎关注本站公众号,获取更多信息
联系我们 最近搜索 最新文章 沪ICP备13005482号-10 MyBatis教程 SQL 教程 MySQL教程 Java 教程 Thymeleaf 教程 Hibernate教程 Spring教程 Redis教程