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介绍
NIO 全称java non-blocking IO#xff08;非阻塞 I/O#xff09;#xff0c;后续提供了一系列改进的输入/输出的新特性#xff0c;被统称为 NIO(即 New IO)#xff0c;是同步非阻塞的。 阻塞和非阻塞是进程在访问数据的时候#xff0c;数据是否准备就绪的一种…NIO
介绍
NIO 全称java non-blocking IO非阻塞 I/O后续提供了一系列改进的输入/输出的新特性被统称为 NIO(即 New IO)是同步非阻塞的。 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Block往往需要等待缓冲区中的数据准备好过后才处理其他的事情否则一直等待在那里。 非阻塞Non-Block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 同步和异步都是基于应用程序和操作系统处理 IO 事件所采用的方式
同步应用程序要直接参与 IO 读写的操作必须阻塞在某个方法上面等待我们的 IO 事件完成 异步所有的 IO 读写交给操作系统去处理应用程序只需要等待通知可以去做其他的事情并不需要去完成真正的 IO 操作当操作完成 IO 后会给我们的应用程序一个通知 特点
1.非阻塞式的I/O操作。这意味着一个线程可以同时管理多个连接而不必等待每个连接的I/O操作完成
2.通过Channel和Buffer来进行数据传输。Channel表示与实体文件、套接字等的连接而Buffer是用于在Channel和应用程序之间传输数据的缓冲区
3.提供了内存映射文件的功能可以将文件直接映射到内存中从而实现了快速的文件I/O操作
4.提供了灵活的缓冲区管理功能可以方便地进行数据的读取、写入和处理
5.采用了面向块的数据传输方式可以一次性传输大量数据提高了I/O操作的效率
运用场景 适用于连接数目多且连接比较短轻操作的架构比如聊天服务器弹幕系统服务器间通讯等
三大组件
NIO的三个最重要的核心分别为ChannelBuffer和Selector
Channel(通道) 通道对原 I/O 包中的流的模拟到任何目的地(或来自任何地方)的所有数据都必须通过一个 Channel 对象通道是双向的一个Channel既可以读数据也可以写数据
常见类型 FileChannel DatagramChannel SocketChannel ServerSocketChannel
FileChannel主要用于文件传输其他三种用于网络通信。
Buffer(缓冲区)
缓冲区;实际上是一个容器对象对数组进行了封装用数组来缓存数据还定义了一些操作数组的API如 put()、get()、flip()、compact()、mark() 等。在NIO中无论读还是写数据都必须经过Buffer缓冲区. ByteBuffer MappedByteBuffer DirectByteBuffer HeapByteBuffer ShortBuffer IntBuffer LongBuffer FloatBuffer DoubleBuffer CharBuffer其中最常用的是ByteBuffer
Selector(选择器) 选择器是一个特殊的组件用于采集各个通道的状态或者事件
socket连接方法
Socket编程理解为对TCP协议的具体实现。
多线程技术
系统为每一个连接分配一个thread线程分别去处理对应的socket连接 缺点 1.内存占用高。每有一个socket连接系统就要分配一个线程去对接。当出现大量连接时会开辟大量线程导致占用大量内存。 2.线程上下文切换成本高 3.只适合连接数较少的场景
线程上下文切换 一个CPU在同一个时刻是只能处理一个线程的由于时间片耗尽或出现阻塞等情况CPU 会转去执行另外一个线程这个叫做线程上下文切换
线程池技术
使用线程池让线程池中的线程去处理连接 缺点 1.在阻塞模式下线程只能处理一个连接。线程池中的线程获取任务只有当任务完成/socket断开连接才会去获取执行下一个任务 2.只适合短链接的场景
selector技术
为每个线程配合一个选择器让选择器去管理多个channel。注FileChannel是阻塞式的因此无法使用选择器。 让选择器去管理多个工作在非阻塞式下的Channel获取Channel上的事件当一个Channel没有任务时就转而去执行别的Channel上的任务。这种适合用在连接多流量小的场景。 若事件未就绪调用 selector 的 select() 方法会阻塞线程直到 channel 发生了就绪事件。这些事件就绪后select 方法就会返回这些事件交给 thread 来处理。
ByteBuffer
简单示例
public class TestByteBuffer {public static void main(String[] arge){try{//1.输入输出流文件数据传输FileChannel channel new FileInputStream(network-program/data.txt).getChannel();//2.准备缓冲区并设置大小ByteBuffer buffer ByteBuffer.allocate(10);//3.从channel读取数据并写入buffer中channel.read(buffer);//4.buffer切换成读模式buffer.flip();//5.判断是否还有剩余未读数据while (buffer.hasRemaining()){byte b buffer.get();System.out.print((char)b);}}catch (Exception e){e.printStackTrace();}}
}
使用步骤
1.向buffer写入数据如channel.read(buffer);
2.调用flip()切换至读模式
3.从buffer读取数据如buffer.get();
4.调用clear()或compact()切换到写模式
属性 capacity缓冲区的容量不可变 limit缓冲区的界限。limit之后的数据不允许读写 position读写指针。position不可大于limit且position不为负数 mark标记。记录当前position的值。position被改变后可以通过调用reset() 方法恢复到mark的位置 常见方法
allocate方法 通过allocate我们可以给ByteBuffer分配空间但是这个空间不可以动态变换如果想要改变ByteBuffer的大小只能重新分配一个 ByteBuffer.allocate(10); allocateDirect方法
通过allocateDirect我们也可以给ByteBuffer分配空间 ByteBuffer.allocateDirect(10); allocate 与 allocateDirect的区别:
1.allocate创建出来的是HeapByteBuffer对象allocateDirect创建出来的是DirectByteBuffer对象
2.HeapByteBuffer是存在于JVM的堆内存中DirectByteBuffer是存在于直接系统内存中
3.HeapByteBuffer的读写效率低于DirectByteBuffer因为HeapByteBuffer存在于jvm中的自然会收到垃圾回收器的影响
4.DirectByteBuffer使用不当容易造成内存泄露
put方法
put方法可以将数据放入到缓冲区中。操作完成后position的值会1并指向下一个可存放的区域limitcapacity buffer.put(byte b); flip方法
flip方法会切换对当前缓冲区的去操作写/读-读/写 buffer.flip(); 当是读模式切换到写模式时恢复为put时的值。
get方法
get方法会读取缓冲区里的数据一次只能读取一个。读取后position的值会1指向下一个可读区。当position大于limit时会报异常。get方法如果传入指定的索引位置get(i)。则position的值不会产生变动。 buffer.get(); clear方法
clean方法就像初始化一样会把ByteBuffer的里属性值都恢复到最初并且清除缓冲区里的数据。 buffer.clear(); compact方法
compact方法会把已经读取的数据清除后面未读取的数据向前压缩然后切换到写模式。 数据前移后原始位置的数据不会清楚但是在后面的写入操作中会被覆盖。 buffer.compact(); rewind方法
rewind方法只能在读模式下使用使用后会恢复position、limit和capacity的值 buffer.rewind(); mark方法和reset方法
这个两个方法通常都是搭配着使用。 mark做一个标记会保存当前position的值reset方法会把mark保存的值重新赋给position。 buffer.mark(); buffer.reset(); 字符串与ByteBuffer的相互转换
方法一 // 编码字符串的getByte方法ByteBuffer buffer ByteBuffer.allocate(15);buffer.put(str.getBytes());
方法二 // 编码StandardCharsets的encode方法获取ByteBufferByteBuffer buffer2 StandardCharsets.UTF_8.encode(str);
方法三 ByteBuffer buffer3 ByteBuffer.wrap(str.getBytes());// 解码 通过StandardCharsets的decoder方法解码String decodeStr3 StandardCharsets.UTF_8.decode(buffer3).toString();黏包和半包
黏包发送方在发送数据时并不是一条一条地发送数据而是将数据整合在一起当数据达到一定的数量后再一起发送。这就会导致多条信息被放在一个缓冲区中被一起发送出去。 半包因为我们分配缓冲区的大小是固定如果空间小于数据量那就只能先把当前缓冲区里的数据读取完再去接收剩下的的数据。数据就会出现被截断的断层现象。
如 Hello world!\n I’m LIKEGAKKI!\n How are you?\n 经过传输后服务端的产生了两个ByteBuffer: Hello,world\nI’m LIKEGAKKI\nHo黏包 w are you?\n半包 重新拆分
public class TestByteBufferExam {public static void main(String[] args){ByteBuffer buffer ByteBuffer.allocate(32);buffer.put(Hello,world\nI,m zhangsan\nHo.getBytes());split(buffer);buffer.put(w are you?\n.getBytes());split(buffer);}private static void split(ByteBuffer buffer){buffer.flip();for(int i 0;ibuffer.limit();i){if(buffer.get(i) \n){int length i 1 - buffer.position();ByteBuffer byteBuffer ByteBuffer.allocate(length);for(int j 0;jlength;j){byteBuffer.put(buffer.get());}System.out.println(byteBuffer.get());}}buffer.compact();}
在循环中用get(i)方法依次读取数据当读取的数据匹配‘\n’时说明之前的读取的是一段信息。
记录该段数据长度以便于申请对应大小的缓冲区将缓冲区的数据通过get()方法写入到target中。
调用compact方法切换模式因为缓冲区中可能还有未读的数据。
