Java中NIO的示例分析

这篇文章主要介绍了Java中NIO的示例分析，具有一定借鉴价值，感兴趣的朋友可以参考下，希望大家阅读完这篇文章之后大有收获，下面让小编带着大家一起了解一下。
I/O模型的本质是用什么样的通道进行数据的发送和接收，很大程度上决定了程序通信的性能。
Java共支持三种网络编程模型：BIO、NIO、AIOBIO：同步并阻塞，服务实现模式为一个连接一个线程，即客户端有一个连接请求时，服务端就需要启动一个线程进行处理。NIO： 同步非阻塞，服务器实现模式为一个线程处理多个请求连接，即客户端发送的请求都会注册到多路复用器上，多路复用器轮询到连接有I/O请求就进行处理。AIO：异步非阻塞，AIO引入异步通道的概念，采用了Proactor模式，简化了程序编写，有效的请求才启动线程，它的特点是先由操作系统完成后才通知服务端。BIO方式适用于连接数目比较小且固定的架构，这种方式对服务器资源要求比较高， 并发局限于应用中，JDK1.4以前的唯一选择，但程序简单易理解。NIO方式适用于连接数目多且连接比较短免费云主机域名（轻操作）的架构，比如聊天服务器，弹幕 系统，服务器间通讯等。编程比较复杂，JDK1.4开始支持。AIO方式使用于连接数目多且连接比较长（重操作）的架构，比如相册服务器，充分 调用OS参与并发操作，编程比较复杂，JDK7开始支持服务器端启动一个ServerSocket；客户端启动Socket对服务器进行通 信，默认情况下服务器端需要对每 个客户 建立一个线程与之通讯；客户端发出请求后, 先咨询服务器 是否有线程响应，如果没有则会等 待，或者被拒绝；如果有响应，客户端线程会等待请 求结束后，在继续执行；NIO 有三大核心部分：Selector(选择器)、Channel(通道)、Buffer(缓冲区)。
NIO是面向缓冲区，或者说面向块编程，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，使用它可以提供非阻塞式的高伸缩性网络。
HTTP2.0使用了多路复用的技术，做到同一个连接并发处理多个请求，而且并发请求 的数量比HTTP1.1大了好几个数量级。
简而言之，NIO可以一个线程处理多个请求。BIO 以流的方式处理数据,而 NIO 以块的方式处理数据,块 I/O 的效率比流 I/O 高很多；BIO 是阻塞的，NIO 则是非阻塞的；BIO基于字节流和字符流进行操作，而 NIO 基于 Channel(通道)和 Buffer(缓冲区)进 行操作，数据总是从通道读取到缓冲区中，或者从缓冲区写入到通道中。Selector(选择器)用于监听多个通道的事件（比如：连接请求，数据到达等），因 此使用单个线程就可以监听多个客户端通道。
流程图说明：Selector 对应一个线程， 一个线程对应多个channel(连接)；该图反应了有三个channel 注册到 该selector //程序；每个channel 都会对应一个Buffer；程序切换到哪个channel 是有事件决定的, Event 就是一个重要的概念；Selector 会根据不同的事件，在各个通道上切换；Buffer 就是一个内存块 ， 底层是有一个数组；数据的读取写入是通过Buffer, 这个和BIO , BIO 中要么是输入流，或者是 输出流, 不能双向，但是NIO的Buffer 是可以读也可以写, 需要 flip 方法切换；channel 是双向的, 可以返回底层操作系统的情况, 比如Linux ， 底层的操作系统 通道就是双向的；缓冲区本质上是一个可以读写数据的内存块，可以理解成是一个 容器对象(含数组)，该对象提供了一组方法，可以更轻松地使用内存块，，缓冲区对 象内置了一些机制，能够跟踪和记录缓冲区的状态变化情况。Channel 提供从文件、 网络读取数据的渠道，但是读取或写入的数据都必须经由 Buffer。
在 NIO 中，Buffer 是一个顶层父类，它是一个抽象类。ByteBuffer，存储字节数据到缓冲区；ShortBuffer，存储字符串数据到缓冲区；CharBuffer，存储字符数据到缓冲区；IntBuffer，存储整数数据到缓冲区；LongBuffer，存储长整型数据到缓冲区；DoubleBuffer，存储小数到缓冲区；FloatBuffer，存储小数到缓冲区；mark：标记position：位置，下一个要被读或写的元素的索引， 每次读写缓冲区数据时都会改变改值， 为下次读写作准备。limit：表示缓冲区的当前终点，不能对缓冲区 超过极限的位置进行读写操作。且极限 是可以修改的capacity：容量，即可以容纳的最大数据量；在缓 冲区创建时被设定并且不能改变。JDK1.4时，引入的apipublic final int capacity( )//返回此缓冲区的容量public final int position( )//返回此缓冲区的位置public final Buffer position (int newPositio)//设置此缓冲区的位置public final int limit( )//返回此缓冲区的限制public final Buffer limit (int newLimit)//设置此缓冲区的限制public final Buffer mark( )//在此缓冲区的位置设置标记public final Buffer reset( )//将此缓冲区的位置重置为以前标记的位置public final Buffer clear( )//清除此缓冲区, 即将各个标记恢复到初始状态，但是数据并没有真正擦除, 后面操作会覆盖public final Buffer flip( )//反转此缓冲区public final Buffer rewind( )//重绕此缓冲区public final int remaining( )//返回当前位置与限制之间的元素数public final boolean hasRemaining( )//告知在当前位置和限制之间是否有元素public abstract boolean isReadOnly( );//告知此缓冲区是否为只读缓冲区JDK1.6时引入的apipublic abstract boolean hasArray();//告知此缓冲区是否具有可访问的底层实现数组public abstract Object array();//返回此缓冲区的底层实现数组public abstract int arrayOffset();//返回此缓冲区的底层实现数组中第一个缓冲区元素的偏移量public abstract boolean isDirect();//告知此缓冲区是否为直接缓冲区（1）NIO的通道类似于流通道可以同时进行读写，而流只能读或者只能写；通道可以实现异步读写数据通道可以从缓冲读数据，也可以写数据到缓冲（2）BIO 中的 stream 是单向的，例如 FileInputStream 对 象只能进行读取数据的操作，而 NIO 中的通道 (Channel)是双向的，可以读操作，也可以写操作。
（3）Channel在NIO中是一个接口
（4）常用的 Channel 类有：FileChannel、 DatagramChannel、ServerSocketChannel 和 SocketChannel。ServerSocketChanne 类似 ServerSocket , SocketChannel 类似 Socket。
（5）FileChannel 用于文件的数据读写， DatagramChannel 用于 UDP 的数据读写， ServerSocketChannel 和 SocketChannel 用于 TCP 的数据读写。FileChannel主要用来对本地文件进行 IO 操作，常见的方法有：read，从通道读取数据并放到缓冲区中write，把缓冲区的数据写到通道中transferFrom，从目标通道 中复制数据到当前通道transferTo，把数据从当 前通道复制给目标通道ByteBuffer 支持类型化的put 和 get, put 放入的是什么数据类型，get就应该使用 相应的数据类型来取出，否则可能有 BufferUnderflowException 异常。可以将一个普通Buffer 转成只读Buffer。NIO 还提供了 MappedByteBuffer， 可以让文件直接在内存（堆外的内存）中进 行修改， 而如何同步到文件由NIO 来完成。NIO 还支持 通过多个 Buffer (即 Buffer 数组) 完成读写操作，即 Scattering 和 Gathering。Java 的 NIO，用非阻塞的 IO 方式。可以用一个线程，处理多个的客户端连 接，就会使用到Selector(选择器)。Selector 能够检测多个注册的通道上是否有事件发生，如果有事件发生，便获取事件然 后针对每个事件进行相应的处理。这样就可以只用一个单线程去管理多个 通道，也就是管理多个连接和请求。只有在 连接/通道 真正有读写事件发生时，才会进行读写，就大大地减少 了系统开销，并且不必为每个连接都创建一个线程，不用去维护多个线程。避免了多线程之间的上下文切换导致的开销。open();//得到一个选择器对象select(long timeout);//监控所有注册的通道，当其 中有 IO 操作可以进行时，将 对应的 SelectionKey 加入到内部集合中并返回，参数用来 设置超时时间selectedKeys();//从内部集合中得 到所有的 SelectionKey。NIO中的 ServerSocketChannel功能类似ServerSocket，SocketChannel功能类 似Socket。

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