摘要：該線程在此期間不能再干任何事情了。線程通訊線程之間通過等方式通訊。選擇器傳統(tǒng)的模式會(huì)基于服務(wù)器會(huì)為每個(gè)客戶端請(qǐng)求建立一個(gè)線程由該線程多帶帶負(fù)貴處理一個(gè)客戶請(qǐng)求。

本文是對(duì)NIO知識(shí)的歸納與整理

1）阻塞(Block)和非租塞(NonBlock):

阻塞和非阻塞是進(jìn)程在訪問數(shù)據(jù)的時(shí)候，數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)備就緒的一種處理方式，當(dāng)數(shù)據(jù)沒有準(zhǔn)備的時(shí)候阻塞：往往需要等待缞沖區(qū)中的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好過后才處理其他的事情，否則一直等待在那里。

非阻塞：當(dāng)我們的進(jìn)程訪問我們的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的時(shí)候，如果數(shù)據(jù)沒有準(zhǔn)備好則直接返回，不會(huì)等待。如果數(shù)據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)備好，也直接返回

2）同步(Synchronization)和異步(Async)的方式：

同步和異步都是基于應(yīng)用程序私操作系統(tǒng)處理IO事件所采用的方式，比如同步：是應(yīng)用程序要直接參與IO讀寫的操作。異步：所有的IO讀寫交給搡作系統(tǒng)去處理，應(yīng)用程序只需要等待通知。

同步方式在處理IO事件的時(shí)候，必須阻塞在某個(gè)方法上靣等待我們的IO事件完成(阻塞IO事件或者通過輪詢IO事件的方式）.對(duì)于異步來說，所有的IO讀寫都交給了搡作系統(tǒng)。這個(gè)時(shí)候，我們可以去做其他的事情，并不拓要去完成真正的IO搡作，當(dāng)搡作完成IO后.會(huì)給我們的應(yīng)用程序一個(gè)通知

同步：阻塞到IO事件，阻塞到read成則write。這個(gè)時(shí)候我們就完全不能做自己的事情，讓讀寫方法加入到線程里面，然后阻塞線程來實(shí)現(xiàn)，對(duì)線程的性能開銷比較大，

block IO與Non-block IO

1）區(qū)別

IO模型IONIO

方式從硬盤到內(nèi)存從內(nèi)存到硬盤

通信面向流（鄉(xiāng)村公路）面向緩存（高速公路，多路復(fù)用技術(shù)）

處理阻塞IO（多線程）非阻塞IO（反應(yīng)堆Reactor）

觸發(fā)無選擇器（輪詢機(jī)制）

2）面向流與面向緩沖

Java NIO和IO之間第一個(gè)最大的區(qū)別是，IO是面向流的.NIO是面向緩沖區(qū)的。Java IO面向流意味著毎次從流中讀一個(gè)成多個(gè)字節(jié)，直至讀取所有字節(jié)，它們沒有被緩存在任何地方，此外，它不能前后移動(dòng)流中的數(shù)據(jù)。如果需要前后移動(dòng)從流中讀取的教據(jù)，需要先將它緩存到一個(gè)緩沖區(qū)。Java NIO的緩沖導(dǎo)向方法略有不同。數(shù)據(jù)讀取到一個(gè)它稍后處理的緩沖區(qū)，霱要時(shí)可在緩沖區(qū)中前后移動(dòng)。這就增加了處理過程中的靈活性。但是，還需要檢查是否該緩沖區(qū)中包含所有您需要處理的數(shù)裾。而且，需確保當(dāng)更多的數(shù)據(jù)讀入緩沖區(qū)時(shí)，不要覆蓋緩沖區(qū)里尚未處理的數(shù)據(jù)。

3）阻塞與非阻塞

Java IO的各種流是阻塞的。這意味著，當(dāng)一個(gè)線程調(diào)用read() 或 write()時(shí)，該線程被阻塞，直到有一些數(shù)據(jù)被讀取，或數(shù)據(jù)完全寫入。該線程在此期間不能再干任何事情了。 Java NIO的非阻塞模式，使一個(gè)線程從某通道發(fā)送請(qǐng)求讀取數(shù)據(jù)，但是它僅能得到目前可用的數(shù)據(jù)，如果目前沒有數(shù)據(jù)可用時(shí)，就什么都不會(huì)獲取。而不是保持線程阻塞，所以直至數(shù)據(jù)變的可以讀取之前，該線程可以繼續(xù)做其他的事情。 非阻塞寫也是如此。一個(gè)線程請(qǐng)求寫入一些數(shù)據(jù)到某通道，但不需要等待它完全寫入，這個(gè)線程同時(shí)可以去做別的事情。 線程通常將非阻塞IO的空閑時(shí)間用于在其它通道上執(zhí)行IO操作，所以一個(gè)多帶帶的線程現(xiàn)在可以管理多個(gè)輸入和輸出通道（channel）。

4）選擇器（Selector)

Java NIO的選擇器允許一個(gè)多帶帶的線程來監(jiān)視多個(gè)輸入通道，你可以注冊(cè)多個(gè)通道使用一個(gè)選擇器，然后使用一個(gè)多帶帶的線程來“選擇"通道：這些通里已經(jīng)有可以處理的褕入，或者選擇已準(zhǔn)備寫入的通道。這選懌機(jī)制，使得一個(gè)多帶帶的線程很容易來管理多個(gè)通道。

5）NIO和BIO讀取文件

BIO讀取文件

BIO從一個(gè)阻塞的流中一行一行的讀取數(shù)據(jù)

NIO讀取文件

通道是數(shù)據(jù)的載體，buffer是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的地方，線程每次從buffer檢查數(shù)據(jù)通知給通道

6）處理數(shù)據(jù)的線程數(shù)

NIO：一個(gè)線程管理多個(gè)連接

BIO：一個(gè)線程管理一個(gè)連接

在Java1.4之前的I/O系統(tǒng)中，提供的都是面向流的I/O系統(tǒng)，系統(tǒng)一次一個(gè)字節(jié)地處理數(shù)據(jù)，一個(gè)輸入流產(chǎn)生一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，一個(gè)輸出流消費(fèi)一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，面向流的I/O速度非常慢，而在Java 1.4中推出了NIO，這是一個(gè)面向塊的I/O系統(tǒng)，系統(tǒng)以塊的方式處理處理，每一個(gè)操作在一步中產(chǎn)生或者消費(fèi)一個(gè)數(shù)據(jù)庫，按塊處理要比按字節(jié)處理數(shù)據(jù)快的多。

在NIO中有幾個(gè)核心對(duì)象需要掌握：緩沖區(qū)（Buffer）、通道（Channel）、選擇器（Selector）。

緩沖區(qū)實(shí)際上是一個(gè)容器對(duì)象，更直接的說，其實(shí)就是一個(gè)數(shù)組，在NIO庫中，所有數(shù)據(jù)都是用緩沖區(qū)處理的。在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，它是直接讀到緩沖區(qū)中的； 在寫入數(shù)據(jù)時(shí)，它也是寫入到緩沖區(qū)中的；任何時(shí)候訪問 NIO 中的數(shù)據(jù)，都是將它放到緩沖區(qū)中。而在面向流I/O系統(tǒng)中，所有數(shù)據(jù)都是直接寫入或者直接將數(shù)據(jù)讀取到Stream對(duì)象中。

在NIO中，所有的緩沖區(qū)類型都繼承于抽象類Buffer，最常用的就是ByteBuffer，對(duì)于Java中的基本類型，基本都有一個(gè)具體Buffer類型與之相對(duì)應(yīng)，它們之間的繼承關(guān)系如下圖所示：

1）其中的四個(gè)屬性的含義分別如下：

容量（Capacity）：緩沖區(qū)能夠容納的數(shù)據(jù)元素的最大數(shù)量。這一個(gè)容量在緩沖區(qū)創(chuàng)建時(shí)被設(shè)定，并且永遠(yuǎn)不能改變。

上界(Limit)：緩沖區(qū)的第一個(gè)不能被讀或?qū)懙脑??；蛘哒f,緩沖區(qū)中現(xiàn)存元素的計(jì)數(shù)。

位置(Position)：下一個(gè)要被讀或?qū)懙脑氐乃饕Ｎ恢脮?huì)自動(dòng)由相應(yīng)的 get( )和 put( )函數(shù)更新。

標(biāo)記(Mark)：下一個(gè)要被讀或?qū)懙脑氐乃饕?。位置?huì)自動(dòng)由相應(yīng)的 get( )和 put( )函數(shù)更新。

2）Buffer的常見方法如下所示:

flip(): 寫模式轉(zhuǎn)換成讀模式

rewind()：將 position 重置為 0 ，一般用于重復(fù)讀。

clear() ：

compact(): 將未讀取的數(shù)據(jù)拷貝到 buffer 的頭部位。

mark(): reset():mark 可以標(biāo)記一個(gè)位置， reset 可以重置到該位置。

Buffer 常見類型： ByteBuffer 、 MappedByteBuffer 、 CharBuffer 、 DoubleBuffer 、 FloatBuffer 、 IntBuffer 、 LongBuffer 、 ShortBuffer 。

3）基本操作

Buffer基礎(chǔ)操作： 鏈接

緩沖區(qū)分片，緩沖區(qū)分配，直接緩存區(qū)，緩存區(qū)映射，緩存區(qū)只讀：鏈接

4）緩沖區(qū)存取數(shù)據(jù)流程

存數(shù)據(jù)時(shí)position會(huì)++，當(dāng)停止數(shù)據(jù)讀取的時(shí)候

調(diào)用flip()，此時(shí)limit=position，position=0

讀取數(shù)據(jù)時(shí)position++，一直讀取到limit

clear() 清空 buffer ，準(zhǔn)備再次被寫入 (position 變成 0 ， limit 變成 capacity) 。

通道是一個(gè)對(duì)象，通過它可以讀取和寫入數(shù)據(jù)，當(dāng)然了所有數(shù)據(jù)都通過Buffer對(duì)象來處理。我們永遠(yuǎn)不會(huì)將字節(jié)直接寫入通道中，相反是將數(shù)據(jù)寫入包含一個(gè)或者多個(gè)字節(jié)的緩沖區(qū)。同樣不會(huì)直接從通道中讀取字節(jié)，而是將數(shù)據(jù)從通道讀入緩沖區(qū)，再從緩沖區(qū)獲取這個(gè)字節(jié)。

在NIO中，提供了多種通道對(duì)象，而所有的通道對(duì)象都實(shí)現(xiàn)了Channel接口。它們之間的繼承關(guān)系如下圖所示：

1）使用NIO讀取數(shù)據(jù)

在前面我們說過，任何時(shí)候讀取數(shù)據(jù)，都不是直接從通道讀取，而是從通道讀取到緩沖區(qū)。所以使用NIO讀取數(shù)據(jù)可以分為下面三個(gè)步驟：

從FileInputStream獲取Channel

創(chuàng)建Buffer

將數(shù)據(jù)從Channel讀取到Buffer中

2）使用NIO寫入數(shù)據(jù)

使用NIO寫入數(shù)據(jù)與讀取數(shù)據(jù)的過程類似，同樣數(shù)據(jù)不是直接寫入通道，而是寫入緩沖區(qū)，可以分為下面三個(gè)步驟：

從FileInputStream獲取Channel

創(chuàng)建Buffer

將數(shù)據(jù)從Channel寫入到Buffer中

1）阻塞IO模型

在老的IO包中，serverSocket和socket都是阻塞式的，因此一旦有大規(guī)模的并發(fā)行為，而每一個(gè)訪問都會(huì)開啟一個(gè)新線程。這時(shí)會(huì)有大規(guī)模的線程上下文切換操作（因?yàn)槎荚诘却?，所以資源全都被已有的線程吃掉了），這時(shí)無論是等待的線程還是正在處理的線程，響應(yīng)率都會(huì)下降，并且會(huì)影響新的線程。

2）NIO

Java NIO是在jdk1.4開始使用的，它既可以說成“新IO”，也可以說成非阻塞式I/O。下面是java NIO的工作原理：

1.由一個(gè)專門的線程來處理所有的IO事件，并負(fù)責(zé)分發(fā)。

2.事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制：事件到的時(shí)候觸發(fā)，而不是同步的去監(jiān)視事件。

3.線程通訊：線程之間通過wait,notify等方式通訊。保證每次上下文切換都是有意義的。減少無謂的線程切換。

注：每個(gè)線程的處理流程大概都是讀取數(shù)據(jù)，解碼，計(jì)算處理，編碼，發(fā)送響應(yīng)。

傳統(tǒng)的 server / client 模式會(huì)基于 TPR ( Thread per Request ) ．服務(wù)器會(huì)為每個(gè)客戶端請(qǐng)求建立一個(gè)線程．由該線程多帶帶負(fù)貴處理一個(gè)客戶請(qǐng)求。這種模式帶未的一個(gè)問題就是線程數(shù)是的劇增．大量的線程會(huì)增大服務(wù)器的開銷，大多數(shù)的實(shí)現(xiàn)為了避免這個(gè)問題，都采用了線程池模型，并設(shè)置線程池線程的最大數(shù)量，這又帶來了新的問題，如果線程池中有 200 個(gè)線程，而有 200 個(gè)用戶都在進(jìn)行大文件下載，會(huì)導(dǎo)致第 201 個(gè)用戶的請(qǐng)求無法及時(shí)處理，即便第 201 個(gè)用戶只想請(qǐng)求一個(gè)幾 KB 大小的頁面。傳統(tǒng)的 Sorvor / Client 模式如下圍所示：

NIO 中非阻塞IO采用了基于Reactor模式的工作方式，IO調(diào)用不會(huì)被阻塞，相反是注冊(cè)感興趣的特點(diǎn)IO事件，如可讀數(shù)據(jù)到達(dá)，新的套接字等等，在發(fā)生持定率件時(shí)，系統(tǒng)再通知我們。 NlO中實(shí)現(xiàn)非阻塞IO的核心設(shè)計(jì)Selector，Selector就是注冊(cè)各種IO事件的地方，而且當(dāng)那些事件發(fā)生時(shí)，就是這個(gè)對(duì)象告訴我們所發(fā)生的事件。

當(dāng)有讀或者寫等任何注冊(cè)的事件發(fā)生時(shí)，可以從Selector中獲得相應(yīng)的SelectionKey，同時(shí)從SelectionKey中可以找到發(fā)生的事件和該事件所發(fā)生的具體的SelectableChannel，以獲得客戶端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。

使用NIO中非阻塞IO編寫服務(wù)器處理程序，有三個(gè)步驟

1.向Selector對(duì)象注冊(cè)感興趣的事件

2.從Selector中獲取感興趣的事件

3.根據(jù)不同事件進(jìn)行相應(yīng)的處理

Selector是NIO的核心

epool模型

1）Selector

Selector的open

2）ServerSocketChannel

ServerSocketChannel.open

Asynchronous IO

異步非阻塞IO

BIO ServerSocket

NIO ServerSocketChannel

AIO AsynchronousServerSocketChannel

AIO通信

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