Java NIO原理 圖文分析及代碼實現

 Java NIO原理圖文分析及代碼實現 
前言: 

最近在分析hadoop的RPC(Remote Procedure Call Protocol ，遠程過程調用協議，它是一種經過網絡從遠程計算機程序上請求服務，而不須要了解底層網絡技術的協議。能夠參考：http://baike.baidu.com/view/32726.htm ）機制時，發現hadoop的RPC機制的實現主要用到了兩個技術：動態代理（動態代理能夠參考博客：http://weixiaolu.iteye.com/blog/1477774 ）和java NIO。爲了可以正確地分析hadoop的RPC源碼，我以爲頗有必要先研究一下java NIO的原理和具體實現。

這篇博客我主要從兩個方向來分析java NIO

目錄：
一．java NIO 和阻塞I/O的區別
     1. 阻塞I/O通訊模型
     2. java NIO原理及通訊模型
二．java NIO服務端和客戶端代碼實現 

具體分析： 

一．java NIO 和阻塞I/O的區別 

1. 阻塞I/O通訊模型 

假如如今你對阻塞I/O已有了必定了解，咱們知道阻塞I/O在調用InputStream.read()方法時是阻塞的，它會一直等到數據到來時（或超時）纔會返回；一樣，在調用ServerSocket.accept()方法時，也會一直阻塞到有客戶端鏈接纔會返回，每一個客戶端鏈接過來後，服務端都會啓動一個線程去處理該客戶端的請求。阻塞I/O的通訊模型示意圖以下：

 

 

若是你細細分析，必定會發現阻塞I/O存在一些缺點。根據阻塞I/O通訊模型，我總結了它的兩點缺點：
1. 當客戶端多時，會建立大量的處理線程。且每一個線程都要佔用棧空間和一些CPU時間

2. 阻塞可能帶來頻繁的上下文切換，且大部分上下文切換多是無心義的。

在這種狀況下非阻塞式I/O就有了它的應用前景。

2. java NIO原理及通訊模型 

Java NIO是在jdk1.4開始使用的，它既能夠說成「新I/O」，也能夠說成非阻塞式I/O。下面是java NIO的工做原理：

1. 由一個專門的線程來處理全部的 IO 事件，並負責分發。 
2. 事件驅動機制：事件到的時候觸發，而不是同步的去監視事件。 
3. 線程通信：線程之間經過 wait,notify 等方式通信。保證每次上下文切換都是有意義的。減小無謂的線程切換。 

閱讀過一些資料以後，下面貼出我理解的java NIO的工做原理圖：

 

 

（注：每一個線程的處理流程大概都是讀取數據、解碼、計算處理、編碼、發送響應。）

Java NIO的服務端只需啓動一個專門的線程來處理全部的 IO 事件，這種通訊模型是怎麼實現的呢？呵呵，咱們一塊兒來探究它的奧祕吧。java NIO採用了雙向通道（channel）進行數據傳輸，而不是單向的流（stream），在通道上能夠註冊咱們感興趣的事件。一共有如下四種事件：

 

事件名	對應值
服務端接收客戶端鏈接事件	SelectionKey.OP_ACCEPT(16)
客戶端鏈接服務端事件	SelectionKey.OP_CONNECT(8)
讀事件	SelectionKey.OP_READ(1)
寫事件	SelectionKey.OP_WRITE(4)

 

服務端和客戶端各自維護一個管理通道的對象，咱們稱之爲selector，該對象能檢測一個或多個通道 (channel) 上的事件。咱們以服務端爲例，若是服務端的selector上註冊了讀事件，某時刻客戶端給服務端發送了一些數據，阻塞I/O這時會調用read()方法阻塞地讀取數據，而NIO的服務端會在selector中添加一個讀事件。服務端的處理線程會輪詢地訪問selector，若是訪問selector時發現有感興趣的事件到達，則處理這些事件，若是沒有感興趣的事件到達，則處理線程會一直阻塞直到感興趣的事件到達爲止。下面是我理解的java NIO的通訊模型示意圖：