技术探索之旅-NIO学习（四）-非阻塞I/O

传统的IO 流都是阻塞式的。也就是说，当一个线程调用read() 或write() 时，该线程被阻塞，直到有一些数据被读取或写入，该线程在此期间能执行其他任务。因此，在完成网络通信进行IO 操作时，由于线程会阻塞，所以服务器端必须为每个客户端都提供一个独立的线程进行处理，当服务器端需要处理大量客户端时，性能急剧下降。大多数的实现为了避免这个问题，都采用了线程池模型，并设置线程池线程的最大数量，这由带来了新的问题，如果线程池中有200个线程，而有200个用户都在进行大文件下载，会导致第201个用户的请求无法及时处理，即便第201个用户只想请求一个几KB大小的页面。

传统的 Server/Client模式如下图所示：

我们先来看用阻塞式NIO完成一个示例

package com.test.nio2;

import org.junit.Test;

import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.ServerSocket;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.nio.file.Paths;
import java.nio.file.StandardOpenOption;

/**
 * 一、使用NIO完成网络通信的三个核心
 *   1.通道（Chanel）:负责连接
 *    java.nio.channels.Channel 接口
 *          |--SelectableChannel
 *              |--SockelChannel
 *              |--ServerSocketChannel
 *              |--DatagramChannel
 *
 *              |--Pipe.SinkChannel
 *              |-Pipe.SourceChannel
 *   2.缓冲区（Buffer）:负责数据的存取
 *
 *   3.选择器(Selector）:是SelectableChannel 的多路复用器，用于监控 SelectableChannel的IO状况
 * Created by Administrator on 2018/1/9 0009.
 */
public class TestBlockingNIO {

    //客户端
    @Test
    public void client() throws Exception{
        //1.获取通道
        SocketChannel sChannel=SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1",9898));
        FileChannel inChannel =FileChannel.open(Paths.get("e:\\1.txt"), StandardOpenOption.READ);
        //2.分配指定大小的缓冲区
        ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(1024);
        //3.读取本地文件，并发送到服务端
        while(inChannel.read(buffer)!=-1){
            buffer.flip();
            sChannel.write(buffer);
            buffer.clear();
        }
        //4.关闭通道
        inChannel.close();
        sChannel.close();
    }
    @Test
    public void server()throws Exception{
        //1.获取通道
        ServerSocketChannel ssChannel=ServerSocketChannel.open();
        //2.绑定链接
        ssChannel.bind(new InetSocketAddress(9898));
        //3.分配指定大小的缓冲区
        ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(1024);
        //4.获取本地通道
        FileChannel outChannel= FileChannel.open(Paths.get("e:\\2.txt"),StandardOpenOption.WRITE,StandardOpenOption.READ,StandardOpenOption.CREATE_NEW);
        //5.获得客户端连接的通道
        SocketChannel sChannel=ssChannel.accept();
        //6.接受客户端数据，并保存到本地
        while(sChannel.read(buffer)!=-1){
            buffer.flip();
            outChannel.write(buffer);
            buffer.clear();
        }
        //6.关闭通道
        sChannel.close();
        outChannel.close();;
        ssChannel.close();

    }
}

NIO中非阻塞I/O采用了基于Reactor模式的工作方式，I/O调用不会被阻塞，相反是注册感兴趣的特定I/O事件，如可读数据到达，新的套接字连接等等，在发生特定事件时，系统再通知我们。NIO中实现非阻塞I/O的核心对象就是Selector，Selector就是注册各种I/O事件地 方，而且当那些事件发生时，就是这个对象告诉我们所发生的事件。
什么是选择器（Selector）？
选择器（Selector）是SelectableChannle 对象的多路复用器，Selector 可
以同时监控多个SelectableChannel 的IO 状况，也就是说，利用Selector
可使一个单独的线程管理多个Channel。Selector 是非阻塞IO 的核心。
SelectableChannle 的结构如下图：

非阻塞I/O工作示意图：

从图中可以看出，当有读或写等任何注册的事件发生时，可以从Selector中获得相应的SelectionKey，同时从 SelectionKey中可以找到发生的事件和该事件所发生的具体的SelectableChannel，以获得客户端发送过来的数据。关于 SelectableChannel的可以参考Java NIO使用及原理分析（一）
使用NIO中非阻塞I/O编写服务器处理程序，大体上可以分为下面三个步骤：
1. 向Selector对象注册感兴趣的事件
2. 从Selector中获取感兴趣的事件
3. 根据不同的事件进行相应的处理
接下来我们用一个简单的示例来说明整个过程。首先是向Selector对象注册感兴趣的事件：

/* 
 * 注册事件 
 * */  
protected Selector getSelector() throws IOException {  
    // 创建Selector对象  
    Selector sel = Selector.open();  

    // 创建可选择通道，并配置为非阻塞模式  
    ServerSocketChannel server = ServerSocketChannel.open();  
    server.configureBlocking(false);  

    // 绑定通道到指定端口  
    ServerSocket socket = server.socket();  
    InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(port);  
    socket.bind(address);  

    // 向Selector中注册感兴趣的事件  
    server.register(sel, SelectionKey.OP_ACCEPT);   
    return sel;  
}  

创建了ServerSocketChannel对象，并调用configureBlocking()方法，配置为非阻塞模式，接下来的三行代码把该通道绑定到指定端口，最后向Selector中注册事件，此处指定的是参数是OP_ACCEPT，即指定我们想要监听accept事件，也就是新的连接发 生时所产生的事件，对于ServerSocketChannel通道来说，我们唯一可以指定的参数就是OP_ACCEPT。

选择器的应用
当调用register(Selector sel, int ops) 将通道注册选择器时，选择器
对通道的监听事件，需要通过第二个参数ops 指定。
 可以监听的事件类型（可使用SelectionKey 的四个常量表示）：
 读: SelectionKey.OP_READ （1）
 写: SelectionKey.OP_WRITE （4）
 连接: SelectionKey.OP_CONNECT （8）
 接收: SelectionKey.OP_ACCEPT （16）
若注册时不止监听一个事件，则可以使用“位或”操作符连接。
例：

SelectionKey：表示SelectableChannel 和Selector 之间的注册关系。每次向
选择器注册通道时就会选择一个事件(选择键)。选择键包含两个表示为整
数值的操作集。操作集的每一位都表示该键的通道所支持的一类可选择操
作。

Selector 的常用方法

下一节将根据不同的实例来学习NIO