站長資訊網(wǎng)本篇文章給大家?guī)砹岁P(guān)于java的相關(guān)知識，其中主要介紹了NIO的相關(guān)問題，包括了NIO核心、BIO與NIO比較、通過NIO實(shí)現(xiàn)簡單的服務(wù)端客戶端通信，希望對大家有幫助。
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一、Java思維導(dǎo)圖
二、I/O模型
I/O模型的本質(zhì)是用什么樣的通道進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，很大程度上決定了程序通信的性能。
Java共支持三種網(wǎng)絡(luò)編程模型：BIO、NIO、AIO
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BIO：同步并阻塞，服務(wù)實(shí)現(xiàn)模式為一個連接一個線程，即客戶端有一個連接請求時，服務(wù)端就需要啟動一個線程進(jìn)行處理。
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NIO： 同步非阻塞，服務(wù)器實(shí)現(xiàn)模式為一個線程處理多個請求連接，即客戶端發(fā)送的請求都會注冊到多路復(fù)用器上，多路復(fù)用器輪詢到連接有I/O請求就進(jìn)行處理。
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AIO：異步非阻塞，AIO引入異步通道的概念，采用了Proactor模式，簡化了程序編寫，有效的請求才啟動線程，它的特點(diǎn)是先由操作系統(tǒng)完成后才通知服務(wù)端。
三、BIO、NIO、AIO應(yīng)用場景
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BIO方式適用于連接數(shù)目比較小且固定的架構(gòu)，這種方式對服務(wù)器資源要求比較高， 并發(fā)局限于應(yīng)用中，JDK1.4以前的唯一選擇，但程序簡單易理解。
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NIO方式適用于連接數(shù)目多且連接比較短（輕操作）的架構(gòu)，比如聊天服務(wù)器，彈幕 系統(tǒng)，服務(wù)器間通訊等。編程比較復(fù)雜，JDK1.4開始支持。
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AIO方式使用于連接數(shù)目多且連接比較長（重操作）的架構(gòu)，比如相冊服務(wù)器，充分 調(diào)用OS參與并發(fā)操作，編程比較復(fù)雜，JDK7開始支持
四、BIO編程簡單流程
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服務(wù)器端啟動一個ServerSocket；
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客戶端啟動Socket對服務(wù)器進(jìn)行通 信，默認(rèn)情況下服務(wù)器端需要對每 個客戶 建立一個線程與之通訊；
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客戶端發(fā)出請求后, 先咨詢服務(wù)器 是否有線程響應(yīng)，如果沒有則會等 待，或者被拒絕；
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如果有響應(yīng)，客戶端線程會等待請 求結(jié)束后，在繼續(xù)執(zhí)行；
五、NIO核心
NIO 有三大核心部分：Selector(選擇器)、Channel(通道)、Buffer(緩沖區(qū))。
NIO是面向緩沖區(qū)，或者說面向塊編程，數(shù)據(jù)讀取到一個 它稍后處理的緩沖區(qū)，需要時可在緩沖區(qū)中前后移動，這就 增加了處理過程中的靈活性，使用它可以提供非阻塞式的高伸縮性網(wǎng)絡(luò)。
HTTP2.0使用了多路復(fù)用的技術(shù)，做到同一個連接并發(fā)處理多個請求，而且并發(fā)請求 的數(shù)量比HTTP1.1大了好幾個數(shù)量級。
簡而言之，NIO可以一個線程處理多個請求。
六、BIO與NIO比較
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BIO 以流的方式處理數(shù)據(jù),而 NIO 以塊的方式處理數(shù)據(jù),塊 I/O 的效率比流 I/O 高很多；
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BIO 是阻塞的，NIO 則是非阻塞的；
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BIO基于字節(jié)流和字符流進(jìn)行操作，而 NIO 基于 Channel(通道)和 Buffer(緩沖區(qū))進(jìn) 行操作，數(shù)據(jù)總是從通道讀取到緩沖區(qū)中，或者從緩沖區(qū)寫入到通道中。Selector(選擇器)用于監(jiān)聽多個通道的事件（比如：連接請求，數(shù)據(jù)到達(dá)等），因 此使用單個線程就可以監(jiān)聽多個客戶端通道。
七、NIO 三大核心原理示意圖
流程圖說明：
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Selector 對應(yīng)一個線程， 一個線程對應(yīng)多個channel(連接)；
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該圖反應(yīng)了有三個channel 注冊到 該selector //程序；
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每個channel 都會對應(yīng)一個Buffer；
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程序切換到哪個channel 是有事件決定的, Event 就是一個重要的概念；
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Selector 會根據(jù)不同的事件，在各個通道上切換；
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Buffer 就是一個內(nèi)存塊 ， 底層是有一個數(shù)組；
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數(shù)據(jù)的讀取寫入是通過Buffer, 這個和BIO , BIO 中要么是輸入流，或者是 輸出流, 不能雙向，但是NIO的Buffer 是可以讀也可以寫, 需要 flip 方法切換；
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channel 是雙向的, 可以返回底層操作系統(tǒng)的情況, 比如Linux ， 底層的操作系統(tǒng) 通道就是雙向的；
八、緩沖區(qū)（buffer）
緩沖區(qū)本質(zhì)上是一個可以讀寫數(shù)據(jù)的內(nèi)存塊，可以理解成是一個 容器對象(含數(shù)組)，該對象提供了一組方法，可以更輕松地使用內(nèi)存塊，，緩沖區(qū)對 象內(nèi)置了一些機(jī)制，能夠跟蹤和記錄緩沖區(qū)的狀態(tài)變化情況。Channel 提供從文件、 網(wǎng)絡(luò)讀取數(shù)據(jù)的渠道，但是讀取或?qū)懭氲臄?shù)據(jù)都必須經(jīng)由 Buffer。
在 NIO 中，Buffer 是一個頂層父類，它是一個抽象類。
1、常用Buffer子類一覽
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ByteBuffer，存儲字節(jié)數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)；
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ShortBuffer，存儲字符串?dāng)?shù)據(jù)到緩沖區(qū)；
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CharBuffer，存儲字符數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)；
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IntBuffer，存儲整數(shù)數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)；
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LongBuffer，存儲長整型數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)；
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DoubleBuffer，存儲小數(shù)到緩沖區(qū)；
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FloatBuffer，存儲小數(shù)到緩沖區(qū)；
2、buffer四大屬性
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mark：標(biāo)記
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position：位置，下一個要被讀或?qū)懙脑氐乃饕?每次讀寫緩沖區(qū)數(shù)據(jù)時都會改變改值， 為下次讀寫作準(zhǔn)備。
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limit：表示緩沖區(qū)的當(dāng)前終點(diǎn)，不能對緩沖區(qū) 超過極限的位置進(jìn)行讀寫操作。且極限 是可以修改的
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capacity：容量，即可以容納的最大數(shù)據(jù)量；在緩 沖區(qū)創(chuàng)建時被設(shè)定并且不能改變。
3、buffer常用api
JDK1.4時，引入的api
- public final int capacity( )//返回此緩沖區(qū)的容量
- public final int position( )//返回此緩沖區(qū)的位置
- public final Buffer position (int newPositio)//設(shè)置此緩沖區(qū)的位置
- public final int limit( )//返回此緩沖區(qū)的限制
- public final Buffer limit (int newLimit)//設(shè)置此緩沖區(qū)的限制
- public final Buffer mark( )//在此緩沖區(qū)的位置設(shè)置標(biāo)記
- public final Buffer reset( )//將此緩沖區(qū)的位置重置為以前標(biāo)記的位置
- public final Buffer clear( )//清除此緩沖區(qū), 即將各個標(biāo)記恢復(fù)到初始狀態(tài)，但是數(shù)據(jù)并沒有真正擦除, 后面操作會覆蓋
- public final Buffer flip( )//反轉(zhuǎn)此緩沖區(qū)
- public final Buffer rewind( )//重繞此緩沖區(qū)
- public final int remaining( )//返回當(dāng)前位置與限制之間的元素?cái)?shù)
- public final boolean hasRemaining( )//告知在當(dāng)前位置和限制之間是否有元素
- public abstract boolean isReadOnly( );//告知此緩沖區(qū)是否為只讀緩沖區(qū)
JDK1.6時引入的api
- public abstract boolean hasArray();//告知此緩沖區(qū)是否具有可訪問的底層實(shí)現(xiàn)數(shù)組
- public abstract Object array();//返回此緩沖區(qū)的底層實(shí)現(xiàn)數(shù)組
- public abstract int arrayOffset();//返回此緩沖區(qū)的底層實(shí)現(xiàn)數(shù)組中第一個緩沖區(qū)元素的偏移量
- public abstract boolean isDirect();//告知此緩沖區(qū)是否為直接緩沖區(qū)
九、通道（channel）
1、基本介紹
（1）NIO的通道類似于流
- 通道可以同時進(jìn)行讀寫，而流只能讀或者只能寫；
- 通道可以實(shí)現(xiàn)異步讀寫數(shù)據(jù)
- 通道可以從緩沖讀數(shù)據(jù)，也可以寫數(shù)據(jù)到緩沖
（2）BIO 中的 stream 是單向的，例如 FileInputStream 對 象只能進(jìn)行讀取數(shù)據(jù)的操作，而 NIO 中的通道 (Channel)是雙向的，可以讀操作，也可以寫操作。
（3）Channel在NIO中是一個接口
（4）常用的 Channel 類有：FileChannel、 DatagramChannel、ServerSocketChannel 和 SocketChannel。ServerSocketChanne 類似 ServerSocket , SocketChannel 類似 Socket。
（5）FileChannel 用于文件的數(shù)據(jù)讀寫， DatagramChannel 用于 UDP 的數(shù)據(jù)讀寫， ServerSocketChannel 和 SocketChannel 用于 TCP 的數(shù)據(jù)讀寫。
2、FileChannel
FileChannel主要用來對本地文件進(jìn)行 IO 操作，常見的方法有：
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read，從通道讀取數(shù)據(jù)并放到緩沖區(qū)中
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write，把緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)寫到通道中
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transferFrom，從目標(biāo)通道 中復(fù)制數(shù)據(jù)到當(dāng)前通道
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transferTo，把數(shù)據(jù)從當(dāng) 前通道復(fù)制給目標(biāo)通道
3、關(guān)于Buffer 和 Channel的注意事項(xiàng)和細(xì)節(jié)
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ByteBuffer 支持類型化的put 和 get, put 放入的是什么數(shù)據(jù)類型，get就應(yīng)該使用 相應(yīng)的數(shù)據(jù)類型來取出，否則可能有 BufferUnderflowException 異常。
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可以將一個普通Buffer 轉(zhuǎn)成只讀Buffer。
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NIO 還提供了 MappedByteBuffer， 可以讓文件直接在內(nèi)存（堆外的內(nèi)存）中進(jìn) 行修改， 而如何同步到文件由NIO 來完成。
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NIO 還支持 通過多個 Buffer (即 Buffer 數(shù)組) 完成讀寫操作，即 Scattering 和 Gathering。
十、Selector(選擇器)
1、基本介紹
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Java 的 NIO，用非阻塞的 IO 方式。可以用一個線程，處理多個的客戶端連 接，就會使用到Selector(選擇器)。
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Selector 能夠檢測多個注冊的通道上是否有事件發(fā)生，如果有事件發(fā)生，便獲取事件然 后針對每個事件進(jìn)行相應(yīng)的處理。這樣就可以只用一個單線程去管理多個 通道，也就是管理多個連接和請求。
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只有在 連接/通道 真正有讀寫事件發(fā)生時，才會進(jìn)行讀寫，就大大地減少 了系統(tǒng)開銷，并且不必為每個連接都創(chuàng)建一個線程，不用去維護(hù)多個線程。
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避免了多線程之間的上下文切換導(dǎo)致的開銷。
2、selector的相關(guān)方法
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open();//得到一個選擇器對象
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select(long timeout);//監(jiān)控所有注冊的通道，當(dāng)其 中有 IO 操作可以進(jìn)行時，將 對應(yīng)的 SelectionKey 加入到內(nèi)部集合中并返回，參數(shù)用來 設(shè)置超時時間
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selectedKeys();//從內(nèi)部集合中得 到所有的 SelectionKey。
3、注意事項(xiàng)
NIO中的 ServerSocketChannel功能類似ServerSocket，SocketChannel功能類 似Socket。
十一、通過NIO實(shí)現(xiàn)簡單的服務(wù)端客戶端通信
1、服務(wù)端
package com.nezha.guor.nio;import java.io.IOException;import java.net.InetSocketAddress;import java.nio.ByteBuffer;import java.nio.channels.*;import java.util.Iterator;public class NioServer { private Selector selector; private ServerSocketChannel serverSocketChannel; private static final int PORT = 8080; public NioServer() { try { //獲得選擇器 selector = Selector.open(); serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open(); //綁定端口 serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(PORT)); //設(shè)置非阻塞模式 serverSocketChannel.configureBlocking(false); //將該ServerSocketChannel 注冊到selector serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); }catch (IOException e) { System.out.println("NioServer error:"+e.getMessage()); } } public void listen() { System.out.println("監(jiān)聽線程啟動: " + Thread.currentThread().getName()); try { while (true) { int count = selector.select(); if(count > 0) { //遍歷得到selectionKey集合 Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator(); while (iterator.hasNext()) { SelectionKey key = iterator.next(); if(key.isAcceptable()) { SocketChannel sc = serverSocketChannel.accept(); sc.configureBlocking(false); sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ); System.out.println(sc.getRemoteAddress() + " 上線 "); } //通道發(fā)送read事件，即通道是可讀的狀態(tài) if(key.isReadable()) { getDataFromChannel(key); } //當(dāng)前的key 刪除，防止重復(fù)處理 iterator.remove(); } } else { System.out.println("等待中"); } } }catch (Exception e) { System.out.println("listen error:"+e.getMessage()); } } private void getDataFromChannel(SelectionKey key) { SocketChannel channel = null; try { channel = (SocketChannel) key.channel(); ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024); int count = channel.read(buffer); //根據(jù)count的值做處理 if(count > 0) { String msg = new String(buffer.array()); System.out.println("來自客戶端: " + msg); //向其它的客戶端轉(zhuǎn)發(fā)消息(排除自己) sendInfoToOtherClients(msg, channel); } }catch (IOException e) { try { System.out.println(channel.getRemoteAddress() + " 離線了"); //取消注冊 key.cancel(); }catch (IOException ex) { System.out.println("getDataFromChannel error:"+ex.getMessage()); } }finally { try { channel.close(); }catch (IOException ex) { System.out.println("channel.close() error:"+ex.getMessage()); } } } //轉(zhuǎn)發(fā)消息給其它客戶(通道) private void sendInfoToOtherClients(String msg, SocketChannel self ) throws IOException{ System.out.println("服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)消息中..."); System.out.println("服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)給客戶端線程: " + Thread.currentThread().getName()); //遍歷 所有注冊到selector 上的 SocketChannel,并排除 self for(SelectionKey key: selector.keys()) { Channel targetChannel = key.channel(); //排除自己 if(targetChannel instanceof SocketChannel && targetChannel != self) { SocketChannel dest = (SocketChannel)targetChannel; //將信息存儲到buffer ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(msg.getBytes()); //將buffer數(shù)據(jù)寫入通道 dest.write(buffer); } } } public static void main(String[] args) { //創(chuàng)建服務(wù)器對象 NioServer nioServer = new NioServer(); nioServer.listen(); }}
2、客戶端
package com.nezha.guor.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;import java.util.Scanner;public class NioClient { private final int PORT = 8080; //服務(wù)器端口 private Selector selector; private SocketChannel socketChannel; private String username; public NioClient() throws IOException { selector = Selector.open(); socketChannel = socketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1", PORT)); //設(shè)置非阻塞 socketChannel.configureBlocking(false); //將channel注冊到selector socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ); username = socketChannel.getLocalAddress().toString().substring(1); System.out.println(username + " is ok..."); } //向服務(wù)器發(fā)送消息 public void sendInfo(String info) { info = username + " 說：" + info; try { socketChannel.write(ByteBuffer.wrap(info.getBytes())); }catch (IOException e) { System.out.println("sendInfo error:"+e.getMessage()); } } //讀取從服務(wù)器端回復(fù)的消息 public void readInfo() { try { int readChannels = selector.select(); if(readChannels > 0) { Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator(); while (iterator.hasNext()) { SelectionKey key = iterator.next(); if(key.isReadable()) { //得到相關(guān)的通道 SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel(); //得到一個Buffer ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024); //讀取 sc.read(buffer); //把讀到的緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成字符串 String msg = new String(buffer.array()); System.out.println(msg.trim()); } } iterator.remove(); //刪除當(dāng)前的selectionKey, 防止重復(fù)操作 } else { System.out.println("沒有可以用的通道..."); } }catch (Exception e) { System.out.println("readInfo error:"+e.getMessage()); } } public static void main(String[] args) throws Exception { NioClient nioClient = new NioClient(); new Thread() { public void run() { while (true) { nioClient.readInfo(); try { Thread.currentThread().sleep(2000); }catch (InterruptedException e) { System.out.println("sleep error:"+e.getMessage()); } } } }.start(); //發(fā)送數(shù)據(jù)給服務(wù)器端 Scanner scanner = new Scanner(System.in); while (scanner.hasNextLine()) { nioClient.sendInfo(scanner.nextLine()); } }}
3、控制臺輸出
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