NIO相關基礎篇二

時間  2019-11-17
標籤 nio 相關 基礎 欄目 Netty 简体版
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轉載請註明原創出處，謝謝！java

上篇NIO相關基礎篇一，主要介紹了一些基本的概念以及緩衝區（Buffer）和通道（Channel），本篇繼續NIO相關話題內容，主要就是文件鎖、以及比較關鍵的Selector，後續還會繼續有一到二篇左右與NIO內容相關。安全

文件鎖（FileLock）

在看RocketMQ源碼中，發現有關於文件鎖的import，可是具體使用代碼裏面註釋調了[回頭看看爲何，理解下，到時候會在某篇文章裏進行說明]（實現一個事情的方法不少，因此不必定就一種），可是爲了知識的完整性，仍是準備講下文件鎖，可能之後或者那個地方可使用，或者你們在那裏使用到均可以繼續留言討論。服務器

文件鎖和其餘咱們瞭解併發裏面的鎖不少概念相似，當多我的同時操做一個文件的時候，只有第一我的能夠進行編輯，其餘要麼關閉（等第一我的操做完成以後能夠操做），要麼以只讀的方式進行打開。網絡

在java nio中提供了新的鎖文件功能，當一個線程將文件鎖定以後，其餘線程沒法操做此文件，文件的鎖操做是使用FileLock類來進行完成的，此類對象須要依賴FileChannel進行實例化。併發

文件鎖方式：異步

  • 共享鎖：容許多個線程進行文件讀取。
  • 獨佔鎖：只容許一個線程進行文件的讀寫操做。

備註：文件鎖定以整個 Java 虛擬機來保持。但它們不適用於控制同一虛擬機內多個線程對文件的訪問。 多個併發線程可安全地使用文件鎖定對象。socket

Java文件依賴FileChannel的主要涉及以下4個方法：編輯器

方法 說明
lock() 獲取對此通道的文件的獨佔鎖定。
lock(long position, long size, boolean shared) 獲取此通道的文件給定區域上的鎖定。
tryLock() throws IOException 試圖獲取對此通道的文件的獨佔鎖定。
tryLock(long position, long size, boolean shared) throws IOException 試圖獲取對此通道的文件給定區域的鎖定。
無 lock()等同於lock(0L, Long.MAX_VALUE, false)
無 tryLock()等同於tryLock(0L, Long.MAX_VALUE, false)

lock()

tryLock()

lock()和tryLock()的區別：函數

  • lock()阻塞的方法，鎖定範圍能夠隨着文件的增大而增長。無參lock()默認爲獨佔鎖；有參lock(0L, Long.MAX_VALUE, true)爲共享鎖。
  • tryLock()非阻塞,當未得到鎖時,返回null。無參tryLock()默認爲獨佔鎖；有參tryLock(0L, Long.MAX_VALUE, true)爲共享鎖。

簡單實例代碼：工具

File file = new File("d:" + File.separator + "test.txt") ;
FileOutputStream output = null ;
FileChannel fout = null ;
try {
    output = new FileOutputStream(file,true) ;
    fout = output.getChannel() ;// 獲得通道
    FileLock lock = fout.tryLock() ; // 進行獨佔鎖的操做
    if(lock!=null){
	System.out.println(file.getName() + "文件鎖定") ;
	Thread.sleep(5000) ;
	lock.release() ;	// 釋放
	System.out.println(file.getName() + "文件解除鎖定。") ;
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
} catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
} finally {
    if(fout!=null){
	try {
	    fout.close();
	} catch (IOException e) {
	    e.printStackTrace();
	}
    }
    if(output!=null){
	try {
	    output.close();
	} catch (IOException e) {
	    e.printStackTrace();
	}
    }
}
複製代碼

運行結果：

**說明：**目前也不多接觸到關於文件鎖的靈活運用，RocketMQ那塊代碼給註釋了，若是那我瞭解，歡迎留言討論。

Selector

說明：

  • FileChannel是可讀可寫的Channel，它必須阻塞，不能用在非阻塞模式中。
  • SocketChannel與FileChannel不一樣：新的Socket Channel能在非阻塞模式下運行而且是可選擇的。再也不須要爲每一個socket鏈接指派線程了。使用新的NIO類，一個或多個線程能管理成百上千個活動的socket鏈接，使用Selector對象能夠選擇可用的Socket Channel。

之前的Socket程序是阻塞的，服務器必須始終等待客戶端的鏈接，而NIO能夠經過Selector完成非阻塞操做。

備註：其實NIO主要的功能是解決服務端的通信性能。 上篇NIO相關基礎篇一的知識，立刻這塊也是須要使用到的。

Selector一些主要方法：

方法 說明
open() 打開一個選擇器。
select() 選擇一組鍵，其相應的通道已爲 I/O 操做準備就緒。
selectedKeys() 返回此選擇器的已選擇鍵集。

SelectionKey的四個重要常量：

字段 說明
OP_ACCEPT 用於套接字接受操做的操做集位。
OP_CONNECT 用於套接字鏈接操做的操做集位。
OP_READ 用於讀取操做的操做集位。
OP_WRITE 用於寫入操做的操做集位。

**說明：**其實四個常量就是Selector監聽SocketChannel四種不一樣類型的事件。

若是你對不止一種事件感興趣，那麼能夠用"位或"操做符將常量鏈接起來，以下： int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;

#NIO 簡單實例代碼 服務端代碼：

int port = 8000;
// 經過open()方法找到Selector
Selector selector = Selector.open();
// 打開服務器的通道
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
// 服務器配置爲非阻塞
serverSocketChannel.configureBlocking(false);
ServerSocket serverSocket = serverSocketChannel.socket();
InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(port);
// 進行服務的綁定
serverSocket.bind(address);
// 註冊到selector，等待鏈接
serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
System.out.println("服務器運行，端口：" + 8000);

// 數據緩衝區
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);

while (true) {
if ((selector.select()) > 0) { // 選擇一組鍵，而且相應的通道已經準備就緒
	Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();// 取出所有生成的key
	Iterator<SelectionKey> iter = selectedKeys.iterator();
	while (iter.hasNext()) {
		SelectionKey key = iter.next(); // 取出每個key
		if (key.isAcceptable()) {
			ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel();
			// 接收新鏈接 和BIO寫法類是都是accept
			SocketChannel client = server.accept();
			// 配置爲非阻塞
			client.configureBlocking(false);
			byteBuffer.clear();
			// 向緩衝區中設置內容
			byteBuffer.put(("當前的時間爲：" + new Date()).getBytes());
			byteBuffer.flip();
			// 輸出內容
			client.write(byteBuffer);
			client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
		} else if (key.isReadable() && key.isValid()) {
			SocketChannel client = (SocketChannel) key.channel();
			byteBuffer.clear();
			// 讀取內容到緩衝區中
			int readSize = client.read(byteBuffer);
			if (readSize > 0) {
				System.out.println("服務器端接受客戶端數據:" + new String(byteBuffer.array(), 0, readSize));
				client.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE);
			}
		} else if (key.isWritable() && key.isValid()) {
			SocketChannel client = (SocketChannel) key.channel();
			byteBuffer.clear();
			// 向緩衝區中設置內容
			byteBuffer.put(("歡迎關注匠心零度，已經收到您的反饋，會第一時間回覆您。感謝支持！！！").getBytes());
			byteBuffer.flip();
			// 輸出內容
			client.write(byteBuffer);
			client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
		}
	}
	selectedKeys.clear(); // 清楚所有的key
}
}
複製代碼

客戶端代碼：

// 打開socket通道
SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
// 設置爲非阻塞方式
socketChannel.configureBlocking(false);
// 經過open()方法找到Selector
Selector selector = Selector.open();
// 註冊鏈接服務端socket動做
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT);
// 鏈接
socketChannel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8000));

/* 數據緩衝區 */
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);

while (true) {
if ((selector.select()) > 0) { // 選擇一組鍵，而且相應的通道已經準備就緒
	Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();// 取出所有生成的key
	Iterator<SelectionKey> iter = selectedKeys.iterator();
	while (iter.hasNext()) {
		SelectionKey key = iter.next(); // 取出每個key
		if (key.isConnectable()) {
			SocketChannel client = (SocketChannel) key.channel();
			if (client.isConnectionPending()) {
				client.finishConnect();
				byteBuffer.clear();
				// 向緩衝區中設置內容
				byteBuffer.put(("isConnect,當前的時間爲：" + new Date()).getBytes());
				byteBuffer.flip();
				// 輸出內容
				client.write(byteBuffer);
			}
			client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
		} else if (key.isReadable() && key.isValid()) {
			SocketChannel client = (SocketChannel) key.channel();
			byteBuffer.clear();
			// 讀取內容到緩衝區中
			int readSize = client.read(byteBuffer);
			if (readSize > 0) {
				System.out.println("客戶端接受服務器端數據:" + new String(byteBuffer.array(), 0, readSize));
				client.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE);
			}
		} else if (key.isWritable() && key.isValid()) {
			SocketChannel client = (SocketChannel) key.channel();
			byteBuffer.clear();
			// 向緩衝區中設置內容
			byteBuffer.put(("nio文章學習不少！").getBytes());
			byteBuffer.flip();
			// 輸出內容
			client.write(byteBuffer);
			client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
		}
	}
	selectedKeys.clear(); // 清楚所有的key
}
}
複製代碼

程序運行結果截圖：

**說明：**上面僅僅是一個demo，其實使用nio開發複雜度很高的，須要考慮：鏈路的有效性校驗機制（安全認證、半包和粘包等）、鏈路的斷連重連機制（網絡閃斷重連）、可靠性設計（心跳檢測，消息重發、黑白名單）以及可擴展性的考慮等等，這些都是很複雜，那裏搞很差就容易出錯，看netty 權威指南的時候 記得做者他們那個時候尚未netty，常常出現一些莫名問題須要進行解決，而不少問題netty已經幫咱們解決了，因此有必要好好看看netty了（目前做者也在看netty權威指南，惟一不爽的時候，裏面大量代碼，習慣用工具查看代碼（編輯器查看代碼變色，能夠跳轉等），求netty權威指南代碼地址，看書裏面代碼特別變扭！，謝謝）

簡單聊幾句AIO

雖然NIO在網絡操做中提供了非阻塞方法，可是NIO的IO行爲仍是同步的，對於NIO來講，咱們的業務線程是在IO操做準備好時，才獲得通知，接着就有這個線程自行完成IO操做，可是IO操做的自己其實仍是同步的。

AIO是異步IO的縮寫，相對與NIO來講又進了一步，它不是在IO準備好時再通知線程，而是在IO操做完成後在通知線程，因此AIO是徹底不阻塞的，咱們的業務邏輯看起來就像一個回調函數了。

**備註：**AIO就是簡單提提，NIO尚未搞明白，後續還有一到二篇左右與NIO內容相關，主要談談一些select、poll、epoll、零拷貝等一些內容，若是有關零拷貝比較好的資料，歡迎在留言區進行留言，讓零度也學習下，系統的瞭解下，謝謝！！！

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