ICode9

精准搜索请尝试: 精确搜索
首页 > 其他分享> 文章详细

14.4 NIO实现Socket通信预备知识

2020-05-23 17:02:43  阅读:271  来源: 互联网

标签:14.4 NIO cbuff System 阻塞 limit IO position Socket


目录

一、IO和NIO的区别

Java NIO( non-blocking IO)是从Java 1.4版本开始引入的一个新的IO API,Java NIO提供了与标准IO不同的IO工作方式:

IO NIO
面向流 面向缓冲区
阻塞 非阻塞

1.1 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面向流意味着每次从流中读一个或多个字节,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数据,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,需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据。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。

1.2 阻塞与非阻塞IO

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,所以一个单独的线程现在可以管理多个输入和输出通道(channel)。

二、选择器(Selectors)

Java NIO的选择器允许一个单独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,然后使用一个单独的线程来“选择”通道:这些通道里已经有可以处理的输入,或者选择已准备写入的通道。这种选择机制,使得一个单独的线程很容易来管理多个通道。
注意:
NIO的出现并不是要替代传统IO,而是在弥补传统IO的部分缺点,使用的场景不同。NIO虽然是非阻塞的,但是你在使用非阻塞write(ByteBuffer bf)时,当数据量较大时,可能会出现没有传输完整的现象,如果要保证数据传输完整,就要通过代码while(bf.hasReaming())和while(已传输len<文件size)去持续写入。这样的话会出现代码干预使其变成阻塞的了。而经过jdk不断的优化,inputSream和OutputStream几乎是传输速度最快的了,可以接近磁盘的写/读峰值(除了map内存映射),但是在有新的连接请求时却需要新的线程来控制,而线程的创建开销过于庞大,在线程间切换也有较大的消耗。总的来说,NIO适用于多条连接、多次请求,即需要多个线程多次操作,使用NIO可以减少创建线程和线程频繁切换的消耗;传统IO适用于少量用户,每次请求需要传输大量数据,但是请求次数少,使用传统IO可以提高传输的效率。(这里所说的NIO代指非阻塞IO,传统IO代表阻塞IO)

三、Buffer重要知识点回顾

3.1 几个重要的属性

(1)capacity :缓冲区的容量,ByteBuffer实际上就是Byte数组的抽象结构,容量和数组的长度一致
(2)position:下一个写入/读取的索引
(3)limit :第一个不应该写入/读取的索引
(4)mark: 一个标记点,在使用reset()后,可将position重新置于mark标记处

每次get()/get(byte[] bytes)和put(byte x)/put(byte[] bytes)都会移动position。当position==limit时继续操作会产生异常。前面这种称之为相对读/写,每次从position位置开始操作,还有一种绝对位置操作,get(int index)/put(byte x, int index),从给定的index处操作,该种操作不会影响postion。

3.2 几个常用易混的操作

1、clear() 清楚此缓冲区,position设为0,limit=0,并且标记mark被丢弃。

public final Buffer clear() {
    position = 0;
    limit = capacity;
    mark = -1;
    return this;
}

2、flip() 反转,将限制设置为当前位置,然后将该位置设置为零。如果定义了标记,则将其丢弃。

public final Buffer flip() {
    limit = position;
    position = 0;
    mark = -1;
    return this;
}

3、rewind()

public final Buffer rewind() {
    position = 0;
    mark = -1;
    return this;
}

4、reset()将postion置为标志处

public final Buffer reset() {
       int m = mark;
       if (m < 0)
           throw new InvalidMarkException();
       position = m;
       return this;
   }

5.compact() 压缩

	public ByteBuffer compact() {
	        System.arraycopy(hb, ix(position()), hb, ix(0), remaining());
	        position(remaining());
	        limit(capacity());
	        discardMark();
	        return this;
	    }

该方法将postion和limit之间的空间(未操作)复制到0~(limit-position)也就是remaining()的位置,也就是说把未使用的放到前面,通常搭配flip()使用,因为压缩后limit=capacity,position=(limit-position),经过flip后,position变为0,limit变为(limit-position),刚好就是未操作的空间。

例子:

import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.CharBuffer;
import java.nio.charset.Charset;

public class BufferTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        //创建Buffer
        CharBuffer cbuff=CharBuffer.allocate(16);
        System.out.println(cbuff.capacity());//16
        System.out.println(cbuff.position());//0
        System.out.println(cbuff.limit());//16

        //放入元素
        cbuff.put("孙悟空");
        cbuff.put("猪八戒");
        cbuff.flip();
        //绝对读写不会影响position的位置
        System.out.println(cbuff.get(2));//空
        System.out.println(cbuff.capacity());//16
        System.out.println(cbuff.position());//0
        System.out.println(cbuff.limit());//6

        //reset()回到标志位
        cbuff.position(2).mark();//此时position=2,将此位置标记
        cbuff.reset();
        System.out.println(cbuff.get());//空
        System.out.println(cbuff.get());//猪
        System.out.println(cbuff.position());//4

        //compact() 压缩
        cbuff.compact();
        System.out.println(cbuff.capacity());//16
        System.out.println(cbuff.position());//2
        System.out.println(cbuff.limit());//16

        cbuff.flip();
        System.out.println(cbuff);//八戒

    }
}

四. 选择器与I/O多路复用

4.1 Selector选择器

Selector选择器是NIO技术中的核心组件,可以调用SelectableChannel类的public abstract SelectionKey register(Selector sel, int ops, Object att)throws ClosedChannelException方法来向通道注册事件(也就是向通道注册感兴趣的事件),包括OP_READ、OP_WRITE、OP_CONNECT、OP_ACCEPT,分别对应读取、写入,请求连接、响应连接请求。

4.2 注意事项

1、NIo并不一定是单线程,在jdk的源码中,每注册1023个通道,selector会创建新的线程
2、每一个selector有三个键集,keys、selected keys、cancel keys。
3、每个通道对应一个SelectionKey,不管注册多少次返回的都是相同的一个键。
4、将通道注册到selector一定要配置为非阻塞,否则会发生异常。
5、注册后事件存在于keys中,经过 select() 后,系统发现有事件准备好了,该事件的key就会被选择,加入selectedKeys中,select()返回值为已准备好的key数量,该方法为阻塞方法,只有返回值为大于0才返回(经过很长一段时间后无果也会返回),可以被wakeUp()方法唤醒。
6、read、accept、connect 调用select() 后通常会阻塞,因为不是每刻都有数据写入需要读取,有连接请求、需要响应。但是write几乎是不阻塞的,所以一定要注意在注册OP_WRITE时,一般要在写完之后,注册为OP_READ(),来使下一次的select()方法阻塞,不然在轮询时会发生死循环。即使你remove()也只是从selectedKeys中删除,下一次还是会从keys中移到selectedKeys中。而keys中的元素无法直接删除(会发生异常),必须等待channel关闭或者key被cancel。
7、select()方法的机制是等待通知,在系统中有操作准备好后,通知jvm,而不是循环轮询。
8、select()方法执行后,再注册的事件,select()不会去关心。
9、connect()方法是非阻塞的,这意味着连接可能尚未建立成功,该方法已经返回,使用时可能是未创建完成的连接。因此在使用时应当注意,可以通过添加while (!socket.finishConnect());来保证连接创建完成。
10、key在cancel后不会立即删除,而是在下一次select()方法调用时再移除。已关闭的通道的key也会在select()时移除。
11、Socket通信在关闭时会给对方发送报文,会触发对方注册的OP_READ,但是在read()时却会因为已经关闭,而发生异常。 注意代码中如何判断对方已关闭。
————————————————
版权声明:本文为CSDN博主「Java新生代」的原创文章,遵循CC 4.0 BY-SA版权协议,转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接:https://blog.csdn.net/weixin_42762133/java/article/details/100040141

标签:14.4,NIO,cbuff,System,阻塞,limit,IO,position,Socket
来源: https://www.cnblogs.com/weststar/p/12926333.html

本站声明: 1. iCode9 技术分享网(下文简称本站)提供的所有内容,仅供技术学习、探讨和分享;
2. 关于本站的所有留言、评论、转载及引用,纯属内容发起人的个人观点,与本站观点和立场无关;
3. 关于本站的所有言论和文字,纯属内容发起人的个人观点,与本站观点和立场无关;
4. 本站文章均是网友提供,不完全保证技术分享内容的完整性、准确性、时效性、风险性和版权归属;如您发现该文章侵犯了您的权益,可联系我们第一时间进行删除;
5. 本站为非盈利性的个人网站,所有内容不会用来进行牟利,也不会利用任何形式的广告来间接获益,纯粹是为了广大技术爱好者提供技术内容和技术思想的分享性交流网站。

专注分享技术,共同学习,共同进步。侵权联系[81616952@qq.com]

Copyright (C)ICode9.com, All Rights Reserved.

ICode9版权所有