好记性不如烂笔头——NIO学习笔记

摘要：该线程在此期间不能再干任何事情了。线程通讯线程之间通过等方式通讯。选择器传统的模式会基于服务器会为每个客户端请求建立一个线程由该线程多带带负贵处理一个客户请求。

本文是对NIO知识的归纳与整理

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：往往需要等待缞冲区中的数据准备好过后才处理其他的事情，否則一直等待在那里。

非阻塞：当我们的进程访问我们的数据缓冲区的时候，如果数据没有准备好则直接返回，不会等待。如果数据已经准备好，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作系统处理IO事件所采用的方式，比如同步：是应用程序要直接参与IO读写的操作。异步：所有的IO读写交给搡作系统去处理，应用程序只需要等待通知。

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我们的IO事件完成(阻塞IO事件或者通过轮询IO事件的方式）.对于异步来说，所有的IO读写都交给了搡作系统。这个时候，我们可以去做其他的事情，并不拓要去完成真正的IO搡作，当搡作完成IO后.会给我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。这个时候我们就完全不能做自己的事情，让读写方法加入到线程里面，然后阻塞线程来实现，对线程的性能开销比较大，

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

通信面向流（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，直至读取所有字节，它们没有被缓存在任何地方，此外，它不能前后移动流中的数据。如果需要前后移动从流中读取的教据，需要先将它缓存到一个缓冲区。Java NIO的缓冲导向方法略有不同。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前后移动。这就增加了处理过程中的灵活性。但是，还需要检查是否该缓冲区中包含所有您需要处理的数裾。而且，需确保当更多的数据读入缓冲区时，不要覆盖缓冲区里尚未处理的数据。

3）阻塞与非阻塞

Java IO的各种流是阻塞的。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，或数据完全写入。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，但是它仅能得到目前可用的数据，如果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，所以直至数据变的可以读取之前，该线程可以继续做其他的事情。 非阻塞写也是如此。一个线程请求写入一些数据到某通道，但不需要等待它完全写入，这个线程同时可以去做别的事情。 线程通常将非阻塞IO的空闲时间用于在其它通道上执行IO操作，所以一个多带带的线程现在可以管理多个输入和输出通道（channel）。

4）选择器（Selector)

Java NIO的选择器允许一个多带带的线程来监视多个输入通道，你可以注册多个通道使用一个选择器，然后使用一个多带带的线程来“选择"通道：这些通里已经有可以处理的褕入，或者选择已准备写入的通道。这选怿机制，使得一个多带带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：一个线程管理多个连接

BIO：一个线程管理一个连接

在Java1.4之前的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速度非常慢，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，每一个操作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中有几个核心对象需要掌握：缓冲区（Buffer）、通道（Channel）、选择器（Selector）。

缓冲区实际上是一个容器对象，更直接的说，其实就是一个数组，在NIO库中，所有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；任何时候访问 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，所有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，所有的缓冲区类型都继承于抽象类Buffer，最常用的就是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如下图所示：

1）其中的四个属性的含义分别如下：

容量（Capacity）：缓冲区能够容纳的数据元素的最大数量。这一个容量在缓冲区创建时被设定，并且永远不能改变。

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的常见方法如下所示:

flip(): 写模式转换成读模式

rewind()：将 position 重置为 0 ，一般用于重复读。

clear() ：

compact(): 将未读取的数据拷贝到 buffer 的头部位。

mark(): reset():mark 可以标记一个位置， reset 可以重置到该位置。

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

3）基本操作

Buffer基础操作： 链接

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：链接

4）缓冲区存取数据流程

存数据时position会++，当停止数据读取的时候

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) 。

通道是一个对象，通过它可以读取和写入数据，当然了所有数据都通过Buffer对象来处理。我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。同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，而所有的通道对象都实现了Channel接口。它们之间的继承关系如下图所示：

1）使用NIO读取数据

在前面我们说过，任何时候读取数据，都不是直接从通道读取，而是从通道读取到缓冲区。所以使用NIO读取数据可以分为下面三个步骤：

从FileInputStream获取Channel

创建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类似，同样数据不是直接写入通道，而是写入缓冲区，可以分为下面三个步骤：

从FileInputStream获取Channel

创建Buffer

将数据从Channel写入到Buffer中

1）阻塞IO模型

在老的IO包中，serverSocket和socket都是阻塞式的，因此一旦有大规模的并发行为，而每一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作（因为都在等待，所以资源全都被已有的线程吃掉了），这时无论是等待的线程还是正在处理的线程，响应率都会下降，并且会影响新的线程。

2）NIO

Java NIO是在jdk1.4开始使用的，它既可以说成“新IO”，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。

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。

传统的 server / client 模式会基于 TPR ( Thread per Request ) ．服务器会为每个客户端请求建立一个线程．由该线程多带带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，大多数的实现为了避免这个问题，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，如果线程池中有 200 个线程，而有 200 个用户都在进行大文件下载，会导致第 201 个用户的请求无法及时处理，即便第 201 个用户只想请求一个几 KB 大小的页面。传统的 Sorvor / Client 模式如下围所示：

NIO 中非阻塞IO采用了基于Reactor模式的工作方式，IO调用不会被阻塞，相反是注册感兴趣的特点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，系统再通知我们。 NlO中实现非阻塞IO的核心设计Selector，Selector就是注册各种IO事件的地方，而且当那些事件发生时，就是这个对象告诉我们所发生的事件。

当有读或者写等任何注册的事件发生时，可以从Selector中获得相应的SelectionKey，同时从SelectionKey中可以找到发生的事件和该事件所发生的具体的SelectableChannel，以获得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.根据不同事件进行相应的处理

Selector是NIO的核心

epool模型

1）Selector

Selector的open

2）ServerSocketChannel

ServerSocketChannel.open

Asynchronous IO

异步非阻塞IO

BIO ServerSocket

NIO ServerSocketChannel

AIO AsynchronousServerSocketChannel

AIO通信

看完本文的同学都掌握了吗，还没掌握的同学可以收藏哟，也可以转给其他需要的同学。