IO NIO 实现demo

目录

1.传统的io实现demo

2.nio实现demo

---

1.传统的io实现demo

public static void main(String[] args) throws IOException {
 ServerSocket server = new ServerSocket(8080);
 System.out.println("服务端已经开启");
 while (true) {
 Socket socket = server.accept();
 BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
 String buffer = null;
 while ((buffer = br.readLine()) != null && !buffer.equals("")) {
 System.out.println(buffer);
 }
 
 Charset charset = Charset.forName("UTF-8");
 BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream(), charset));
 bw.write("HTTP/1.1 200 OK\n");
 bw.write("Content-Type: text/html;charset=UTF-8\n\n");
 bw.write("BIO success");
 bw.flush();
 bw.close();
 br.close();
 socket.close();
 }
 }

这个demo可以用telnet或者浏览器去连接，但浏览器在连接的同时就发送了信息过去

首先，这是阻塞的，阻塞的地方有两个：一个是server.accept();另一个是br.readLine()，也就是说必须要连接进来，并且输出数据，否则就一直停在这里。换句话说就是，这个主线程只能处理这一个连接，在处理完这个连接之前，任何其他连接都别想进来。这就是阻塞。tomcat在新版本里已经完全不支持这种传统io模式了，之前的老版本里默认使用的是bio，因为tomcat使用的都是短连接，发送接收都很快，所以可以处理完这个连接后马上处理下一个连接，而且tomcat还使用了连接池，所以就可以支持更多连接的接入。但，这一切都没能阻止tomcat抛弃bio。（大家在启动tomcat时可以看到控制台的提示目前是使用nio还是bio连接）

2.nio实现demo

public class NIOServer {
 private Selector selector;
 
 public void init() throws IOException {
 // 创建一个选择器
 this.selector = Selector.open();
 // 使用通道计划，服务器
 ServerSocketChannel channel = ServerSocketChannel.open();
 // 这个通道非常高效，所以要非阻塞
 channel.configureBlocking(false);
 ServerSocket serverSocket = channel.socket();
 InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(8080);
 serverSocket.bind(address);
 System.out.println("NIO抢票神器已经成功启动，端口8080");
 channel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);// 注册事件
 }
 
 public void start() throws IOException {
 // 24小时营业，无限循环
 while (true) {
 // 选择器运行
 this.selector.select();
 Iterator<SelectionKey> iterator = this.selector.selectedKeys().iterator();
 // 抢票软件对每一个用户负责，帮大家处理事情
 while (iterator.hasNext()) {
 SelectionKey key = iterator.next();
 iterator.remove();// 移除，防止重复操作
 if (key.isAcceptable()) {// 这个是填写抢票的请求
 accept(key);
 } else if (key.isReadable()) {// 这个是抢票的操作--狂差12306
 read(key);
 }
 }
 }
 
 }
 
 private void accept(SelectionKey key) throws IOException {
 // 事件传过来的key
 ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel();
 // 转成客户端的通道
 SocketChannel channel = server.accept();
 // 设置成非阻塞
 channel.configureBlocking(false);
 // 注册一个读事件，用作去12306抢票
 channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ);// 注册事件
 }
 
 // 12306的抢票事件
 private void read(SelectionKey key) throws IOException {
 // 创建一个缓冲区，大家一起上咯，效率高
 ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
 SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
 // 在通道中读取大家的请求
 channel.read(buffer);
 String request = new String(buffer.array()).trim();// trim方法用于删除字符串两边的空格字符串
 System.out.println("抢票客户的请求" + request);
 String outString = "HTTP/1.1 200 OK\n" + "Content-Type: text/html;charset=UTF-8\n\n" + "NIOsuccess";
 ByteBuffer outBuffer = ByteBuffer.wrap(outString.getBytes());
 // 把我们的数据返回给通道（抢到票了）
 channel.write(outBuffer);
 channel.close();
 }
 
 public static void main(String[] args) throws Exception {
 NIOServer server = new NIOServer();
 server.init();
 server.start();
 
 }
 
}

这个demo建议大家打断点，配合telnet好好debug几遍，收获绝对很大。

其实我在想着大家如果学过单片机就好了，单片机里面的中断机制就和这个nio的思想一模一样。我理解起来就非常快，现在我用另一种方式和大家讲解。

首先要知道nio中使用的基本元素：ServerSocketChannel，这个就和bio中的ServerSocket类似，SocketChannel就和Socket类似，然后就是nio还有Selector（选择器）和SelectionKey这两个东西。（这里建议大家可以去看看API文档里的解释，预热一下）

然后我在宏观上比喻一下，大家在心里建立一个模型。首先，我们要知道这个nio是要一个线程处理多个连接的。就像一个人经营的咖啡店，当来客人的时候你得去招待一下，当客人下单的时候你也得快速做好咖啡然后才能才有空。但是在一个客人进来后和下单前这段时间，你可以招呼另一个客人进来，或者替另一个客人做咖啡。如果是bio的话，当你进来一位客人，你就必须要把他招待完毕才能接待下一个客人。咖啡店的老板就是那个Selector，SelectionKey是一个工具。

然后我们来仔细看程序，首先是init方法：

public void init() throws IOException {

// 创建一个选择器，就是那个咖啡店的老板

this.selector = Selector.open();

// 使用通道计划

ServerSocketChannel channel = ServerSocketChannel.open();

// 这个通道非常高效，所以要非阻塞，也只能是非阻塞

channel.configureBlocking(false);

ServerSocket serverSocket = channel.socket();

InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(8080);

serverSocket.bind(address);//实现端口绑定

System.out.println("NIO抢票神器已经成功启动，端口8080");

channel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);// 注册事件，也就是要老板在空闲的时候要看看门口有没有客人，有客人的话要来去开门迎接客人，查看API可知：OP_ACCEPT， 用于套接字接受操作的操作集位。

}

接着看下一段代码：

public void start() throws IOException {

// 24小时营业，无限循环

while (true) {

// 选择器运行，也就是说老板开始工作，程序第一次运行到这里会阻塞住，需要接入一个客户端才能运行后面的程序

this.selector.select();

Iterator<SelectionKey> iterator = this.selector.selectedKeys().iterator(); 这里就是SelectionKey的set集合，然后遍历这个set

while (iterator.hasNext()) {

SelectionKey key = iterator.next();

iterator.remove();// 移除，防止重复操作

if (key.isAcceptable()) {// 这个就表示客户端是刚连接进来的，前面的OP_ACCEPT就注册了连接进来的客户端会被监听到，所以选择器才会对此有反应

accept(key);//这个就是类似于打开门来迎接客人，然后表示后面我要留意这个人的下单。

} else if (key.isReadable()) {// 这个就表示客户端是已经连接进来的，所以接下来要接收客户端的字符数据

read(key);//这个就类似于处理客人的下单，去泡咖啡去

}}}}

然后来看accept方法：

private void accept(SelectionKey key) throws IOException {

// 事件传过来的key，从这里就可以看出这个SelectionKey其实就类似于保存了数据

ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel();

// 转成客户端的通道

SocketChannel channel = server.accept();

// 设置成非阻塞

channel.configureBlocking(false);

// 注册一个读事件， 也就是去留意这个客户端是否有数据传输过来

channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ);// 注册事件

}

然后看read方法：

private void read(SelectionKey key) throws IOException {

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);//一次性可以接收多少数据

SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();

// 在通道中读取客户端的数据

channel.read(buffer);

String request = new String(buffer.array()).trim();// trim方法用于删除字符串两边的空格字符串

System.out.println("抢票客户的请求" + request);

String outString = "HTTP/1.1 200 OK\n" + "Content-Type: text/html;charset=UTF-8\n\n" + "NIOsuccess";

ByteBuffer outBuffer = ByteBuffer.wrap(outString.getBytes());

// ByteBuffer包装数据再返回给通道

channel.write(outBuffer);

channel.close();

}

默默表示自己的语言表达能力不行，不知道大家有没有理解，其实就是咖啡店的老板要留意每个客人的下单和从门口敲门的客人，当发生上面的任何一个事件，老板都会注意到，然后去做相应的处理。其实事件需要的数据都放在SelectionKey里面，取出key，然后判断key是什么类型的，然后做出相应的处理，前面的就是看到你是accept的，就帮你注册一个read事件。看到你是read的，就返回一个数据给你。

嗯，最后的建议就是，好好debug一下程序，然后开上几个telnet，一步一步去运行代码，相信你很快就能理解nio的思想了。

然后讨论一下为啥说nio是非阻塞的。这就涉及到对阻塞的定义了，this.selector.select();也是会停止在那里啊，为啥说非阻塞呢？我觉得是只要在这个选择器上注册的事件都能被监听，每来一个连接我都能去处理你（除非你处理上一个事件花了很久时间，一直不处于空闲状态，但是什么代码要运行这么久。。），然后再看看bio是只能完全处理完一个连接后才能接待下一个连接，然后你就能理解阻塞了。然后就是select还有其他方法，可以唤醒这个阻塞，可以定时唤醒。

//更新

看完epoll之后，我发现前面的认识真的是太浅了！不学操作系统，何以为家！强烈建议好好学习操作系统！

我再来总结一次：nio是基于epoll的（我觉得是epoll的边缘非阻塞模式，后面再去确认，因为基本一模一样）。select()方法就相当于epoll_wait方法，它会阻塞，也会自己唤醒自己去内核检查是否有就绪的文件描述符。 非阻塞，我想应该和文件描述符fd而言的有关，就类似于上面的channnel,把它设置为非阻塞的，这是为了在读取缓冲区数据时不会一直阻塞在那里。而bio中，不仅文件描述符是阻塞的，而且还是直接调用accept这个函数，这样就产生了多线程处理。现在想想，也是前面说的原因，tomcat之前基本都是短连接，又使用线程池，所以线程快速的产生和灭亡，尽量不会占用大量的线程资源。但是这都很极限了。而且线程的产生和灭亡本身也耗费很大的资源，这样服务器怎么能承受百万连接呢。