背景知识
同步、异步、阻塞、非阻塞
首先，这几个概念非常容易搞混淆，但NIO中又有涉及，所以总结一下。
同步：API调用返回时调用者就知道操作的结果如何了（实际读取/写入了多少字节）。
异步：相对于同步，API调用返回时调用者不知道操作的结果，后面才会回调通知结果。
阻塞：当无数据可读，或者不能写入所有数据时，挂起当前线程等待。
非阻塞：读取时，可以读多少数据就读多少然后返回，写入时，可以写入多少数据就写入多少然后返回。
RPC机制采用的是java NIO和动态代理(参考博客：https://www.jianshu.com/p/c6626aff1d97 ) 的方式。今天我们来看一下java NIO。
首先我们要清楚什么是RPC？
一 . 什么是RPC
RPC（Remote Procedure Call Protocol）——远程过程调用协议，它是一种通过网络从远程计算机程序上请求服务，而不需要了解底层网络技术的协议。RPC协议假定某些传输协议的存在，如TCP或UDP，为通信程序之间携带信息数据。在OSI网络通信模型中，RPC跨越了传输层和应用层。RPC使得开发包括网络分布式多程序在内的应用程序更加容易。
RPC采用客户机/服务器模式。请求程序就是一个客户机，而服务提供程序就是一个服务器。首先，客户机调用进程发送一个有进程参数的调用信息到服务进程，然后等待应答信息。在服务器端，进程保持睡眠状态直到调用信息到达为止。当一个调用信息到达，服务器获得进程参数，计算结果，发送答复信息，然后等待下一个调用信息，最后，客户端调用进程接收答复信息，获得进程结果，然后调用执行继续进行。
RPC原理图
运行时,一次客户机对服务器的RPC调用,其内部操作大致有如下十步：
1.调用客户端句柄；执行传送参数
2.调用本地系统内核发送网络消息
3.消息传送到远程主机
4.服务器句柄得到消息并取得参数
5.执行远程过程
6.执行的过程将结果返回服务器句柄
7.服务器句柄返回结果，调用远程系统内核
8.消息传回本地主机
9.客户句柄由内核接收消息
10.客户接收句柄返回的数据
二．java NIO 和阻塞I/O的区别
1. 阻塞I/O通信模型
使用传统的I/O程序读取文件内容, 并写入到另一个文件(或Socket), 如下程序:
File.read(fileDesc, buf, len);
Socket.send(socket, buf, len);
会有较大的性能开销,主要表现在一下两方面:
1.上下文切换(context switch), 此处有4次用户态和内核态的切换
2. Buffer内存开销, 一个是应用程序buffer, 另一个是系统读取buffer以及socket buffer
其运行示意图如下
传统I/O读写文件
1)先将文件内容从磁盘中拷贝到操作系统buffer
2)再从操作系统buffer拷贝到程序应用buffer
3)从程序buffer拷贝到socket buffer
4)从socket buffer拷贝到协议引擎.
2.java NIO原理及通信模型
NIO技术省去了将操作系统的read buffer拷贝到程序的buffer, 以及从程序buffer拷贝到socket buffer的步骤, 直接将 read buffer 拷贝到 socket buffer. java 的 FileChannel.transferTo() 方法就是这样的实现, 这个实现是依赖于操作系统底层的sendFile()实现的.
publicvoid transferTo(long position, long count, WritableByteChannel target);
他的底层调用的是系统调用sendFile()方法
sendfile(int out_fd, int in_fd, off_t *offset, size_t count);
NIO读写文件
Java NIO是在jdk1.4开始使用的，它既可以说成“新I/O”，也可以说成非阻塞式I/O。下面是java NIO的工作原理：
1. 由一个专门的线程来处理所有的 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. 线程通讯：线程之间通过 wait,notify 等方式通讯。保证每次上下文切换都是有意义的。减少无谓的线程切换。
下面贴出java NIO的工作原理图：
java NIO的工作原理图
（注：每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所有的 IO 事件，这种通信模型是怎么实现的呢？呵呵，我们一起来探究它的奥秘吧。java NIO采用了双向通道（channel）进行数据传输，而不是单向的流（stream），在通道上可以注册我们感兴趣的事件。一共有以下四种事件：
事件名对应值
服务端接收客户端连接事件SelectionKey.OP_ACCEPT(16)
客户端连接服务端事件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，我们称之为selector，该对象能检测一个或多个通道 (channel) 上的事件。我们以服务端为例，如果服务端的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，如果访问selector时发现有感兴趣的事件到达，则处理这些事件，如果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。
java NIO的通信模型示意图
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
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;
/**
* 服务端
*/
public class NIOServer {
//通道管理器
private Selector selector;
/**
* 获得一个ServerSocket通道，并对该通道做一些初始化工作
*/
public void initServer(int port) throws IOException {
//获得一个ServerSocket通道，相当于传统IO中的ServerSocket
ServerSocketChannel serverSocketChannel=ServerSocketChannel.open();
//设置通道为非阻塞
serverSocketChannel.configureBlocking(false);
//将该通道对应的ServerSocket绑定到port端口
serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(port));
//获得一个通道管理器
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，如果该事件没到达selector.select()会一直阻塞。
serverSocketChannel.register(selector,SelectionKey.OP_ACCEPT);
}
/**
* 采用轮询的方式监听selector上是否有需要处理的事件，如果有，则进行处理
* @throws IOException
*/
public void listen() throws IOException {
System.out.println("服务端启动成功");
//轮询访问selector
while (true){
//当注册事件到达时方法返回，否则一直阻塞
selector.select();
//获得selector中选中的项的迭代器，选中的项为注册的事件
Iterator iterator=this.selector.selectedKeys().iterator();
while (iterator.hasNext()){
SelectionKey key= (SelectionKey) iterator.next();
// 删除已选的key,以防重复处理
iterator.remove();
//客户端请求连接事件
if (key.isAcceptable()){
ServerSocketChannel serverSocketChannel= (ServerSocketChannel) key.channel();
//获得和客户端连接的通道
SocketChannel channel=serverSocketChannel.accept();
//设置成非阻塞
channel.configureBlocking(false);
//在这里可以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()));
//在和客户端连接成功之后，为了可以接收到客户端的信息，需要给通道设置读的权限。
channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ);
}else if (key.isReadable()){
read(key);
}
}
}
}
/**
* 处理读取客户端发来的信息 的事件
* @param key
*/
private void read(SelectionKey key) throws IOException {
// 服务器可读取消息:得到事件发生的Socket通道
SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
// 创建读取的缓冲区
ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(10);
channel.read(buffer);
byte[] data=buffer.array();
String msg=new String(data).trim();
System.out.println("服务端收到的消息："+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
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;
public class NIOClient {
//通道管理器
private Selector selector;
/**
* 获得一个Socket通道，并对该通道做一些初始化的工作
* @param ip 连接的服务器的ip
* @param port 连接的服务器的端口号
* @throws IOException
*/
public void initClient(String ip,int port) throws IOException {
// 获得一个Socket通道
SocketChannel channel = SocketChannel.open();
// 设置通道为非阻塞
channel.configureBlocking(false);
// 获得一个通道管理器
this.selector = Selector.open();
// 客户端连接服务器,其实方法执行并没有实现连接，需要在listen（）方法中调
//用channel.finishConnect();才能完成连接
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上是否有需要处理的事件，如果有，则进行处理
* @throws IOException
*/
@SuppressWarnings("unchecked")
public void listen() throws IOException {
// 轮询访问selector
while (true) {
selector.select();
// 获得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();
// 连接事件发生
if (key.isConnectable()) {
SocketChannel channel = (SocketChannel) key
.channel();
// 如果正在连接，则完成连接
if(channel.isConnectionPending()){
channel.finishConnect();
}
// 设置成非阻塞
channel.configureBlocking(false);
//在这里可以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()));
//在和服务端连接成功之后，为了可以接收到服务端的信息，需要给通道设置读的权限。
channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ);
// 获得了可读的事件
} 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{
// 服务器可读取消息:得到事件发生的Socket通道
SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
// 创建读取的缓冲区
ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(10);
channel.read(buffer);
byte[] data=buffer.array();
String msg=new String(data).trim();
System.out.println("客户端收到的消息："+msg);
ByteBuffer outBuffer=ByteBuffer.wrap(msg.getBytes());
channel.write(outBuffer);// 将消息回送给客户端
}
/**
* 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();
}
}
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