NIO 解析

作者: 浩林Leon | 来源:发表于2017-12-30 17:35 被阅读78次

    1、传统IO,他是面向流的模式、阻塞式(read() 或write()时线程被阻塞,直到读完)
    2、NIO 面向缓冲区(Buffer)、非阻塞、selector
    面向缓冲区:可以对缓冲区中的数据进行灵活的操作,可以向前向后操作缓冲区里面的数据(而流只能按照读取流的顺序来操作)变得灵活,以空间换灵活。
    非阻塞:其实这就是采用reactor 模式的好处。reactor pattern和observer pattern两种模式类似, 区别在于前者与多个事件源关联, 后者与单个事件源关联. 这点区别, 又反过来印证了上述思想, reactor pattern和多个事件源关联, 每个事件的处理时间很短, 所以, 大家复用线程, 避免线程切换/同步/数据移动带来的性能问题


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    NIO 一些基本知识:

    • Channel
    • Buffer
    • Selector

    所有的NIO 都是从Channel 开始,channel 和buffer之间可以互相读写,一般用户不直接操作 往channel 里面些数据,而是从buffer里面把数据写入channel;或者 读取数据也一般是从channel里面写入buffer,然后在从buffer在读取。

    Selector :允许单线程处理多个channel,Selector 是一个中间管理者,负责channel的注册,根据不同的方式(读写)选择不同的server 或者 回传。
    Channel :channel 和流类似,但又不同,流是单向的,通道是双向的。Channel的数据总先从buffer 中读取,或者保存到buffer中。

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    主要包括 :

    DatagramChannel ==》UDP 读写网络数据
    ServerSocketChannel ===》监听新连接,每一个请求都创建一个链接,像Http一样
    SocketChannel ===》TCP 请求
    SourceChannel、SinkChannel ==》pip
    Buffer :Buffer 用于和Channel 交互,数据是从channel 读取入buffer,从buffer写入channel。buffer本质是一块可以写入数据,并且读取的内存。

    有3个数据很重要:
    Capacity:
    缓存区的最大容量,分配空间。你只能往里写capacity个byte、long,char等类型

    limit: 是 index
    position: index
    这两个取决当前是读模式还是写模式。
    如果是写模式: position 表示当前写的 位置,limit 最多能写入多少数据,和capacity值一样。
    如果是读模式:切换到指定位置, position=0,从该区开始读取,limit 表示已经写入的数据大小

    flip()方法
    flip方法将Buffer从写模式切换到读模式。调用flip()方法会将position设回0,并将limit设置成之前position的值。(把position设置为0)

    Buffer 类型:

    byteBuffer,charBuffer,shortBuffer,intBuffer,longBuffer,floatBuffer,longBuffer,MappedByteBuffer
    先进行分配
    往Buffer 写数据 两种方法:
    1、int bytesize= fileChannel.read(buf);
    2、通过put:
    buf.put(112);
    buffer 里面读数据 2种方法
    1、int bytewittern=fileChannel.write(buf);//把buffer的数据写到channel中
    2、buf.get();
    rewind(): 重置读取的位置,limit 不变。

    clear()与compact()方法
    Clear() ==>进行 缓冲区的标志位重置,position =0,limit =capacity,mark=-1;
    compat()==>定位到缓冲区 剩余数据 尾部,后面需要写入数据,接着位置写进去。 Position 保持之前的 位置,limit=capacity,mark=-1;

    mark()与reset()方法
    标识一个position,然后中途可以做一些事情, 需要回到标示的地方,reset()

    equals()与compareTo()方法
    Equals :标示缓冲区里面的剩余数据是否相等,跟缓冲区的capacity 无关。
    CompareTo: 比较equals,如果equals:(结果< 比较者) 1、看第一个字母<第二个;2、比较buffer 比第二个先耗尽.

    Channel 支持 Scatter/gather

    Scatter channel 可以把数据写入到不同的buffer中.
    原理是,把数据依次写到buffer中,当前buffer写满了,往下一个buffer写数据。

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    ByteBuffer headBuf=ByteBuffer.allocate(180);
    ByteBuffer bodyBuf=ByteBuffer.allocate(1024);
    ByteBuffer[] bufferArray = { header, body };
    channel.read(bufferArray);
    

    Scattering Reads在移动下一个buffer前,必须填满当前的buffer,这也意味着它不适用于动态消息(译者注:消息大小不固定)。换句话说,如果存在消息头和消息体,消息头必须完成填充(例如 128byte),Scattering Reads才能正常工作。

    Grather 从多个buffer 写到一个channel中。

    image.png
    ByteBuffer headBuf=ByteBuffer.allocate(180);
    ByteBuffer bodyBuf=ByteBuffer.allocate(1024);
    
    ByteBuffer[] bufferArray = { header, body };
    channel.write(bufferArray);
    

    NIO selector

    Selector 是一个用可以检测到1到多个 channel 通道,并且知晓是 write 还是read 状态的一个组件。由这个功能 可以用一个单线程管理多个channel,从而管理多个网络链接。
    使用selector 的好处是可以用更少的线程处理多个通道。

    PIP

    管道可以链接两个线程之间的单向通信,source 是读取流的一端,shink是将要写入的端


    image.png

    NIO和IO的优势,使用场景

    [NIO]
    1.需要处理成千上完的请求,但是这些请求每次只是发送少量的数据.例如聊天服务器.
    2.单个线程管理多个链接
    [IO]
    少量的链接,一次性发送大量的数据.

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