一、NIO的简单介绍
Java NIO(New IO)是一个可以替代标准Java IO API的IO API(从Java 1.4开始),Java NIO提供了与标准IO不同的IO工作方式。 NIO中的核心内容有Channel、Buffer、Selector,其他组件如Pipe和FileLock只不过是三个组件共同使用的工具类。
1、Channle
Channle的实现主要有FileChannel、DatagramChannel、SocketChannle、ServerSocketChannel。这些通道覆盖了文件IO、UDP和TCP网络IO
2、Buffer
Buffer的实现由ByteBuf、CharBuffer、DoubleBuffer、FloatBuffer、IntBuffer、LongBuffer、ShortBuffer以及MappedByteBuffer(用于表示内存映射文件)。以上Buffer涵盖了能够通过IO发送的基本数据类型。
3、Selector
Selector允许单线程处理多个 Channel。如果你的应用打开了多个连接(通道),但每个连接的流量都很低,使用Selector就会很方便。Selector(选择器)是Java NIO中能够检测一到多个NIO通道,并能够知晓通道是否为诸如读写事件做好准备的组件。这样,一个单独的线程可以管理多个channel,从而管理多个网络连接。
二、NIO在网络服务端的应用。
2.1、传统ServerSocket
当我们刚开始学习想要做一个聊天服务器的时候,最简单的做法就是使用ServerSocket来作为服务端,接收Socket客户端发送来的数据。下面的代码就是一个简单的 例子,当我们从服务端接收到数据时,新建一个线程来处理我们的数据,这种模式是一种阻塞式IO,在高并发的情况下,我们需要新建大量线程,然而程序的效率在线程数不多的情况下是随着线程的增加而增加,但是到达一定数量后是随着线程的增加而减少。所以传统阻塞式IO的瓶颈在于不能处理过多的连接。
2.2、NIO非阻塞式服务。
javaNIO中的ServerSocketChannel是一个可以监听新进来的TCP连接的通道,就像标准的ServerSocket一样。我们在这里使用NIO来搭建一个服务端。
package NIO; import java.io.IOException; import java.net.InetSocketAddress; import java.nio.Buffer; import java.nio.ByteBuffer; import java.nio.channels.*; import java.util.Iterator; public class NIOServer { public static void main(String[] args)throws IOException{ //创建一个NIOsocket服务 ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open(); //将ServerSocketChannel设置为非阻塞 serverSocketChannel.configureBlocking(false); //serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8989)); serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8989)); //调用 Selector.open()方法创建一个selector Selector selector = Selector.open(); //将serverSocketChannel注册到selector中,监听TCP连接 serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); while(true){ //这条语句会阻塞 int nkey = selector.select(); //也可以设置超时时间,防止进程阻塞 //int nkey = selector.select(long timeout); System.out.println("nkey"+nkey); if(nkey>0) { Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator(); int i = 0; while (iterator.hasNext()) { i++; System.out.println("iteratorLength" + i); SelectionKey key = iterator.next(); iterator.remove(); reactor(key, selector); } } } } public static void reactor(SelectionKey key,Selector selector) throws IOException { if (key.isAcceptable()) { //接收就绪状态 handlerAccept(key,selector); } else if (key.isReadable()) { //读就绪状态 handlerReader(key); } } public static void handlerAccept(SelectionKey key,Selector selector) throws IOException { ServerSocketChannel sever = (ServerSocketChannel) key.channel(); SocketChannel channel = sever.accept(); channel.configureBlocking(false); System.out.println("客户端连接" + channel.toString()); //将通道注册到selector中 //此时Selector监听channel并对read感兴趣 channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ); } public static void handlerReader(SelectionKey key) throws IOException { SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel(); //读取部分消息,不确定数据长度只用了1024个字节长度接收,当数据大于1024时,会丢失数据,当数据只有几十个字节时会浪费内存空间,当并发数据量大时会造成不必要的浪费 // 文章 http://ifeve.com/non-blocking-server/ // http://tutorials.jenkov.com/java-performance/resizable-array.html // 中介绍了如何实现这样支持可调整大小的数组的内存缓冲区 ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024); //不会阻塞 int n =0; //此处需要捕获异常,否则若客户端强制关闭,服务器会报“Java.io.IOException: 远程主机强迫关闭了一个现有的连接。”, // 并且服务器会在报错后停止运行,错误的意思就是客户端关闭了,但是服务器还在从这个套接字通道读取数据,便抛出IOException, // 导致这种情况出现的原因就是,客户端异常关闭后,服务器的选择器会获取到与客户端套接字对应的套接字通道SelectionKey, // 并且这个key的兴趣是OP_READ,执行从这个通道读取数据时,客户端已套接字已关闭,所以会出现“java.io.IOException: 远程主机强迫关闭了一个现有的连接”的错误。 // 所以在服务器在读取数据时,若发生异常,则取消当前key并关闭通道,如下代码: try { n = socketChannel.read(buffer); }catch (Exception e){ e.printStackTrace(); key.cancel(); socketChannel.socket().close(); socketChannel.close(); return; } System.out.println("读取字节数"+n); if (n > 0) { byte[] data = buffer.array(); System.out.println("服务端收到信息:" + new String(data, 0, n)); buffer.flip(); socketChannel.write(buffer); } else { System.out.println("clinet is close"); key.cancel(); } } }
上面是一个非阻塞式IO的服务端。其设计是一个经典的单线程的reactor模式。
三、Reactor模式
Reactor不仅监控所有的连接请求,还监控其他读请求。我们将多个channle注册到selector中,其中serverSocketChannle只注册了OP_ACCEPT事件,而socketChannel只注册了OP_READ事件。
Select调用select()方法后,检测所有注册的通道,返回给Reactor(反应器)我们感兴趣的事件已经准备就绪的那些通道,然后Reactor分发给不同的handler处理(handlerAccept、handlerReader)。