Java NIO

I/O簡介　

　　I/O問題能夠說是當今web應用中所面臨的的主要問題之一，大部分的web應用系統的瓶頸都是I/O瓶頸。這個系列主要介紹JAVA的I/O類庫基本架構、磁盤I/O工做機制、網絡I/O工做機制以及NIO的工做方式。

BIO（Block IO）和Nio（Non-Block IO）的對比

IO模式	BIO	NIO
方式	從磁盤到磁盤	從緩存到磁盤
通訊	流	緩存（多級複用）
處理	阻塞	非阻塞（Reactor）
觸發	無	選擇器輪詢機制

 

從1.4版本開始JAVA引入了NIO，用來提高I/O性能。I/O操做類在包java.io下，大概有將近80個類

這些類能夠分爲以下四組：

　　基於字節操做的I/O接口：InputStream和OutputStream

　　基於字符操做的I/O接口：Reader和Writer

　　基於磁盤操做的I/O接口：File

　　基於網絡操做的I/O接口：Socket

前兩組是傳輸數據的格式，後兩組是傳輸數據的方式

核心組件

核心組件	定義	做用	特色	使用
通道 (Channel)	NIO數據的源頭/目的地 (Buffer的惟一接口)	向緩存提供數據 讀取換區的數據	雙向讀寫，異步讀寫 數據來源/流向 老是Buffer	根據來源區別： FileChannel：從文件 DataChannel：從UDP網絡數據 SocketChannel: ServerSocketChannel
緩存 （Buffer）	NIO數據讀/寫中轉地 （一塊完整的內存塊）	數據緩存	適用於處布爾外基本數據類型	7種基本數據類型
選擇器 （Selector）	異步IO核心類	實現異步非阻塞IO	使用一個Selector線程檢測1個/多個 通道channel上的事件，給予事件驅動 分發不須要爲每一個channel去分配一個線程	一、建立Selector對象 二、箱Slector註冊通道Channel 二、調用Selector類中select()方法

1、Buffer緩存區

1） Buffer介紹： 緩衝區，本質就是一個數組，可是它是特殊的數組，緩衝區對象內置了一些機制，可以追蹤和記錄緩衝區的狀態變化狀況，若是咱們使用get方法從   緩衝區中獲取數據或者用put方法吧數據寫入緩衝區，都會引發緩衝區的狀態變化
在緩衝區中，最重要的屬性是以下三個，他們一塊兒合做完成了對緩衝區內容狀態的變化跟蹤
1）position：指定了下一個將要被寫入或者讀取的元素索引，它的值由get()/put() 方法自動更新，在新建立一個Buffer對象時，position被初始化爲0
2）limit：操做緩衝區的可操做空間和可操做範圍，指定還有多少數據須要去除，或者還有多少空間能夠放入數據
3）capacity：指定了能夠存儲在緩衝區中的最大數據容量，實際上，它指定了底層數組的大小，或者至少是指定了准許咱們使用的底層數組的容量。

以上三個屬性值之間有一些相對的大小的關係：0<=position<=limit<=capacity

package com.Allen.buffer;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.IOException;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class testBufferDemo01 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        String fileURL="F://a.txt";
        FileInputStream fis=new FileInputStream(fileURL);
        //獲取通路
        FileChannel channel=fis.getChannel();
        //定義緩衝區大小
        ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(10);
        output("init", buffer);
        //先讀
        channel.read(buffer);
        output("read", buffer);
        buffer.flip();
        output("flip", buffer);        
        while (buffer.hasRemaining()) {
            byte b=buffer.get();
        }
        output("get", buffer);
        buffer.clear();
        output("clear", buffer);
        fis.close();
    }
    
    public static void output(String string,ByteBuffer buffer){
        System.out.println(string);
        System.out.println(buffer.capacity()+":"+buffer.position()+":"+buffer.limit());
    }
}

2、Channel（通路）

任什麼時候候讀取數據，都不是直接從通道中讀取，而是從通道讀取到緩衝區，因此使用NIO讀取數據能夠分紅下面三個步驟
1）從FileInputStream獲取Channel
2）建立Buffer
3）將數據從Channel 讀取到Buffer中

package com.allen.test;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class testNio {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        String oldFileUrl="E://1.txt";
        String newFileUrl="E://2.txt";
        FileInputStream fis=new FileInputStream(oldFileUrl);
　　　　 //一、獲取Channel
        FileChannel inChannel=fis.getChannel();
　　　　 //二、建立Buffer
        ByteBuffer bf=ByteBuffer.allocate(1024);
        FileOutputStream fos=new FileOutputStream(newFileUrl);
        FileChannel outChannel=fos.getChannel();
        while(true){
            int eof=inChannel.read(bf);
            if(eof==-1){
                break;
            }else{
                bf.flip();
　　　　　//三、把數據寫入緩存
                outChannel.write(bf);
                bf.clear();
            }
        }
        inChannel.close();
        fis.close();
        outChannel.close();
        fos.close();    
    }
}

3、Selector（選擇器）

　　Selector 通常稱 爲選擇器 ，也即多路複用器 。它是Java NIO核心組件中的一個，用於檢查一個或多個NIO Channel（通道）的狀態是否處於可讀、可寫。如此能夠實現單線程管理多個channels,也就是能夠管理多個網絡連接。

　　 使用Selector的好處： 使用更少的線程來就能夠來處理通道了， 相比使用多個線程，避免了線程上下文切換帶來的開銷。

 // 1. 建立Selector對象   
 Selector sel = Selector.open();

 // 2. 向Selector對象綁定通道   
 // a. 建立可選擇通道，並配置爲非阻塞模式   
 ServerSocketChannel server = ServerSocketChannel.open();   
 server.configureBlocking(false);   
 
 // b. 綁定通道到指定端口   
 ServerSocket socket = server.socket();   
 InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(port);   
 socket.bind(address);   
 
 // c. 向Selector中註冊感興趣的事件   
 server.register(sel, SelectionKey.OP_ACCEPT);    
 return sel;

// 3. 處理事件
try {    
    while(true) { 
        // 該調用會阻塞，直到至少有一個事件就緒、準備發生 
        selector.select(); 
        // 一旦上述方法返回，線程就能夠處理這些事件
        Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys(); 
        Iterator<SelectionKey> iter = keys.iterator(); 
        while (iter.hasNext()) { 
            SelectionKey key = (SelectionKey) iter.next(); 
            iter.remove(); 
            process(key); 
        }    
    }    
} catch (IOException e) {    
    e.printStackTrace();   
}

總結nio工做原理

1）由一個專門的線程去處理全部的io事件而且負責分發 2）事件驅動機制，時間到的時候觸發，而不是同步地去監聽事件 3）線程通訊，線程之間經過wait，notify等方式通訊，保證每次上下文切換都是有意義的，減小無畏的線程切換。