Netty学习——基础篇2（NIO编程）备份

原创

已于 2024-03-03 17:46:17 修改 · 1.9k 阅读

41 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#nio #buffer #缓冲区 #Channel #通道 #多路复用 #Selector

于 2024-02-27 11:00:00 首次发布

1 概述

与Socket类和ServerSocket，NIO也提供了SocketChannel和ServerSocketChannel两种不同的套接字通道实现。这两种新增的通道都支持阻塞和非阻塞两种模式。阻塞模式使用简单，但性能和可靠性都不好，非阻塞模式则正好相反。一般来说，低负载、地并发的应用程序可以选择同步阻塞I/O降低变成复杂度；对于高负载、高并发的网络应用，需要使用NIO的非阻塞模型进行开发。

2 NIO类库简介

新的输入/输出（NIO）库是在JDK 1.4中引入的。NIO弥补了原来同步阻塞I/O的不足，它在标准java代码中提供了高速、面向块的I/O。通过定义包含数据的类，以及通过以块的形式处理这些数据，NIO不用使用本机代码就可以利用低级优化，这是原来的I/O无法做到的。

2.1 缓冲区Buffer

首先介绍缓冲区（Buffer）的概念。Buffer是一个对象，它包含一些要写入或者要读出的数据。在NIO类库中加入Buffer对象，体现了新库与原I/O的一个重要区别。在面向流的I/O中，可以将数据直接写入或者将数据直接读到Stream对象中。

在NIO库中，所有数据都是用缓冲区处理的。在读取数据时，它是直接读到缓冲区中；在写入数据时，也是写入到缓冲区中。任何使用访问NIO中的数据，都是通过缓冲区进行操作。

缓冲区实质上是一个数组。通常它是一个字节数组（ByteBuffer），也可以使用其他类型的数据。但是一个缓冲区不仅仅是一个数组，缓冲区提供了对数据的结构化访问以及维护读写位置等信息。

最常用的缓冲区是ByteBuffer，一个ByteBuffer提供了一组功能用于操作byte数据。除了ByteBuffer，还有其他的一些缓冲区，实际上，每一种java基本类型（除了boolean类型）都对应有一种缓冲区，具体如下：

1、ByteBuffer：字节缓冲区

2、CharBuffer：字符缓冲区

3、ShortBuffer：短整型缓冲区

4、IntBuffer：整型缓冲区

5、LongBuffer：长整型缓冲区

6、FloatBuffer：浮点型缓冲区

7、DoubleBuffer：双精度浮点型缓冲区

缓冲区的类图继承关系如下：

每一个Buffer类都是Buffer接口的一个子实例。除了ByteBuffer，每一个Buffer类都有完全一样的操作，只是它们所处理的数据类型不一样。因为大多数标准I/O操作都是用ByteBuffer，所以它在具有一般缓冲区的操作之外还提供了一些特有的操作，以方便网络读写。

2.2 通道Channel

Channel是一个通道，就像自来水管一样，网络数据通过Channel读取和写入。通道与流的不同至于在于通道时双向的，流只是在一个方向上移动（一个流必须是InputStream或OutputStream的子类），而通道可用于读、写或者二者同时进行。

因为Channel是全双工的，所以它可以比流更好的映射底层操作系统的API。特别是在UNIX网络编程模型中，底层操作系统的通道全都是全双攻的，同时支持读写操作。

Channel的类图继承关系如下：

自顶向下看，前三层主要是Channel接口，用于定义它的功能，后面是一些具体的功能类（抽象类）。从图中可以看出，实际上Channel分为两大类：用于王立国读写的SelectableChannel和用于文件操作的FileChannel。

2.3 多路复用器Selector

多路复用器Selector，它是Java NIO编程的基础，熟练地掌握Selector对于NIO编程至关重要。多路复用器提供选择已经就绪的任务的能力。简单来说，Selector会不断地轮询注册在其上的Channel，如果某个Channel上面发生读写事件，这个Channel就处于就绪状态，会被Selector轮询出来，然后通过SelectionKey可以获取就绪Channel的集合，记性后续的I/O操作。

一个多路复用器Selector可以同时轮询多个Channel，由于JDK使用了epoll代替传统的select实现，所以它并没有最大连接句柄1024/2048的限制。这样就意味着只需要一个Selector线程负责Selector的轮询，就可以接入成千上万个客户端。

3 NIO服务端序列图

NIO服务端通信序列图如下：

第一步：打开ServerSocketChannel，用于监听客户端的连接，它是所有客户端连接的父管道，示例代码如下：

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();

第二步：绑定监听端口，设置连接为非阻塞模型，示例代码如下：

int port = 8080;
serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(InetAddress.getByName("IP"), port));
serverSocketChannel.configureBlocking(false);

第三步：创建Reactor线程，创建多路复用器并启动线程，示例代码如下：

//创建Reactor线程
new Thread(new ReactorTask()).start();
//创建多路复用器
Selector selector = Selector.open();

第四步：将ServerSocketChannel注册到Reactor线程的多路复用器Selector上，监听ACCEPT事件，示例代码如下：

SelectionKey key = serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT, ioHandler);

第五步：多路复用器在线程run()方法的无限循环体内轮询准备就绪的key，示例代码如下：

        int num = selector.select();
        Set<SelectionKey> selectededKeys = selector.selectedKeys();
        Iterator<SelectionKey> iterator = selectededKeys.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            SelectionKey key = (SelectionKey) iterator.next();
            //do something
        }

第六步：多路复用器监听到有新的客户端接入，处理新的接入请求，完成TCP三次握手，建立物理链路，示例代码如下：

SocketChannel channel = serverSocketChannel.accept();

第七步：设置客户端链路为非阻塞模式，示例代码如下：

        channel.configureBlocking(false);
        channel.socket().setReuseAddress(true);

最低0.47元/天解锁文章