Java NIO是在jdk1.4开始使用的,它既可以说成“新IO”,也可以说成非阻塞式I/O。下面是java NIO的工作原理:
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由一个专门的线程来处理所有的IO事件,并负责分发。
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事件驱动机制:事件到的时候触发,而不是同步的去监视事件。
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线程通讯:线程之间通过wait,notify等方式通讯。保证每次上下文切换都是有意义的。减少无谓的线程切换。
阅读过一些资料之后,下面贴出我理解的java NIO的工作原理图:
注:每个线程的处理流程大概都是读取数据,解码,计算处理,编码,发送响应。
Java NIO的服务端只需启动一个专门的线程来处理所有的IO事件,这种通信模型是怎么实现的呢?呵呵,我们一起来探究它的奥秘吧。java NIO采用了双向通道(channel)进行数据传输,而不是单向流(stream),在通道上可以注册我们感兴趣的事件。一共有以下四种事件:
事件名 | 对应值 |
服务端接收客户端连接事件 | SelectionKey.OP_ACCEPT(16) |
客户端连接服务端事件 | SelectionKey.OP_CONNECT(8) |
读事件 | SelectionKey.OP_READ(1) |
写事件 | SelectionKey.OP_WRITE(4) |
服务端和客户端各自维护一个管理通道的对象,我们称之为selector,该对象能检测一个或多个通道(channel)上的事件。我们以服务端为例,如果服务端的selector上注册了读事件,某时刻客户端给服务端送了一些数据,阻塞I/O这时会调用read()方法阻塞地读取数据,而NIO的服务端会在selector中添加一个读事件。服务端的处理线程会轮询地访问selector,如果访问selector时发现有感兴趣的事件到达,则处理这些事件,如果没有感兴趣的事件到达,则处理线程会一直阻塞直到感兴趣的事件到达为止。下面是我理解的java NIO的通信模型示意图:
为了更好地理解java NIO,下面贴出服务端和客户端的简单代码实现:
服务端:
package nio; import java.io.IOException; import java.net.InetSocketAddress; import java.nio.ByteBuffer; import java.nio.channels.SelectionKey; import java.nio.channels.Selector; import java.nio.channels.ServerSocketChannel; import java.nio.channels.SocketChannel; import java.util.Iterator; public class NIOServer { //通道管理器 private Selector selector; /* * 获得一个ServerSocket通道,并对该通道做一些初始化工作 * @param port 绑定的端口号 * @throws IOException */ public void initServer(int port) throws IOException { //获得一个ServerSocket通道 ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open(); //设置通道为非阻塞 serverChannel.configureBlocking(false); //将该通道对应的ServerSocket绑定到port端口 serverChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(port)); //获得一个通道管理器 this.selector = Selector.open(); /*将通道管理器和该通道绑定,并为该通道注册SelectionKey.OP_ACCEPT事件,注册 *该事件后,当该事件到达时,selector.select()会返回,如果该事件没到达selector.select() *会一直阻塞。 */ serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); } /* * 采用轮询的方式监听selector上是否有需要处理的事件,如果有,则进行处理 * @throws IOException */ public void listen() throws IOException { System.out.println("服务端启动成功!"); //轮询访问selector while(true){ //当注册的事件到达时,方法返回;否则,该方法会一直阻塞 selector.select(); //获得selector中选中的项的迭代器,选中的项为注册的事件 Iterator ite = this.selector.selectedKeys().iterator(); while(ite.hasNext()){ SelectionKey key = (SelectionKey)ite.next(); //删除已选的key,以防重复处理 ite.remove(); //客户请求连接事件 if(key.isAcceptable()){ ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel)key.channel(); //获得和客户端连接的通道 SocketChannel channel = server.accept(); //设置成非阻塞 channel.configureBlocking(false); //在这里可以给客户端发送信息哦 channel.write(ByteBuffer.wrap(new String("1234567890").getBytes())); //在和客户端连接成功之后,为了可以接收到客户端的信息,需要给通道设置读权限 channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ); }else if(key.isReadable()){ read(key); } } } } /* * 处理读取客户端发来的信息的事件 * @param key * @throws IOException */ public void read(SelectionKey key ) throws IOException{ //服务器可读取消息:得到事件发生的Socket通道 SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel(); //创建读取的缓冲区 ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10); channel.read(buffer); byte[] data = buffer.array(); String msg = new String(data).trim(); System.out.println("服务端收到信息:" + msg); ByteBuffer outBuffer = ByteBuffer.wrap(msg.getBytes()); channel.write(outBuffer);//将消息回送给客户端 } public static void main(String[] args) throws IOException { NIOServer server = new NIOServer(); server.initServer(8080); server.listen(); } }
客户端:
package nio; import java.io.IOException; import java.net.InetSocketAddress; import java.nio.ByteBuffer; import java.nio.channels.SelectionKey; import java.nio.channels.Selector; import java.nio.channels.SocketChannel; import java.util.Iterator; public class NIOClient { //通道管理器 private Selector selector; /* * 获得一个Socket通道,并对该通道做一些初始化的工作 * @param ip,连接的服务器的ip * @param port,连接的服务器的端口号 * @throws IOException */ public void initClient(String ip,int port) throws IOException{ //获得一个Socket通道 SocketChannel channel = SocketChannel.open(); //设置通道为非阻塞 channel.configureBlocking(false); //获得一个通道管理器 this.selector = Selector.open(); /*客户端连接服务器,其实方法执行并没有实现连接,需要在listen()方法中 *调用channel.finishConnect()才能完成连接 */ channel.connect(new InetSocketAddress(ip,port)); //将通道管理器和该通道绑定,并为该通道注册SelectionKey.OP_CONNECT事件 channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_CONNECT); } /* * 采用轮询的方式监听selector上是否有需要处理的事件,如果有,则进行处理。 * @throws IOException */ public void listen() throws IOException{ //轮询访问selector while(true){ /* * 选择一组可以进行I/O操作的事件,放在selector中,客户端的该方法不会阻塞, * 这里和服务端的方法不一样,查看api注释可以知道,当至少一个通道被选中时, * selector的wakeup方法被调用,方法返回,而对于客户端来说,通道一直是被选中的 */ selector.select(); //获得selector中选中的项的迭代器 Iterator ite = this.selector.selectedKeys().iterator(); while(ite.hasNext()){ SelectionKey key = (SelectionKey) ite.next(); //删除已选的key,以防重复处理 ite.remove(); //连接事件发生 if(key.isConnectable()){ SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel(); //如果正在连接,则完成连接 if(channel.isConnectionPending()){ channel.finishConnect(); } //设置成非阻塞 channel.configureBlocking(false); //在这里可以给服务端发送信息哦 channel.write(ByteBuffer.wrap(new String("abcdefg").getBytes())); //在和服务端连接成功之后,为了可以接收到服务端的信息,需要给通道设置读的权限 channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ); //获得了可读的事件 } else if(key.isReadable()){ read(key); } } } } public void read(SelectionKey key) throws IOException{ SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel(); ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10); channel.read(buffer); byte[] data = buffer.array(); String msg = new String(data).trim(); System.out.println("客户端收到信息:" + msg); ByteBuffer outBuffer = ByteBuffer.wrap(msg.getBytes()); channel.write(outBuffer); } public static void main(String[] args) throws IOException{ NIOClient client = new NIOClient(); client.initClient("localhost", 8080); client.listen(); } }