Java NIO详解：从BIO到AIO的演进与应用-优快云博客

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netty介绍

netty时jboos提供的java开源项目
netty是一个异步的基于事件驱动的网络应用框架,用以开发高性能,高可靠的网络IO程序
netty本质是NIO框架,适用于服务器通信相关多种应用场景

netty是什么

netty与tcp的层级体系关系

netty应用场景

互联网行业 rpc框架中的应用,例如dubbo
游戏中的应用地图服务器中的使用,进行高性能通讯
大数据领域 hadoop的高性能通讯和序列化组件(AVRO实现数据文件的共享)

IO模型的简介

I/O模型简单理解: 就是用什么样的通道进行数据的发送和接收,很大程度决定了通讯的性能
java共支持3中网络编程I/O模式: BIO NIO AIO
java BIO : 同步并阻塞(传统阻塞型),服务器实现模式为一个连接一个线程,即客户端有请求连接时服务器端就启动一个线程进行处理,如果这个连接不做任何事情就会造成不必要的线程开销
java NIO: 同步非阻塞, 服务器实现模式为一个线程处理多个请求,即客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器上,多路复用器轮询到连接有I/O请求就进行处理

每个channel都会对应一个buffer
每个selector对应一个线程,一个selector对应多个channel(通道)
该图反映了有三个channel注册到了selector
程序切换到那个channel是由事件决定的,Event就是一个重要的概念
selector会根据不同的事件在各个通道上切换
buffer就是一个内存块,底层是有一个数组
数据的读取写入时通过buffer,这个和BIO有本质不同,BIO中要么是输入流要么是输出流,不能是双向,但是NIO的buffer是可以读也可以写,需要flip方法切换
channel是双向的,可以返回底层操作系统的情况,比如Linux,底层的操作系统通道就是双向的

在这里插入图片描述

java AIO(NIO 2):异步非阻塞, AIO引入了异步通道的概念,采用Proactor模式简化了程序的编写,有效的请求才启动线程,他的特点是先由操作系统完成后才通知服务端程序启动线程去处理,一般适用于连接数较多且连接时间较长的应用

使用场景分析

在这里插入图片描述

BIO 介绍

BIO 就是传统java io编程,其相关类和接口在java.io
BIO(blocking I/O): 同步阻塞,服务器实现模式为一个连接一个线程,即客户端有连接请求时服务器端需要启动一个线程进行处理,如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销,可以通过线程池机制改善
BIO适用于连接数目较小,且固定的架构,这种方式对服务器资源要求比较高,并发局限于应用中,JDK1.4一前的唯一选择,程序简单易理解

自定义简单bio代码

public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 线程池机制

        // 思路
        // 创建一个线程池
        // 如果有客户端连接,就创建一个线程与之通信
        ExecutorService newCachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
        final ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666);
        System.out.println("服务器启动了");
        while (true) {
            // 监听,等待客户端连接 --线程也会阻塞在此处,主线程每次监听新的访问
            final Socket socket = serverSocket.accept();
            
            System.out.println("连接到一个客户端");
            newCachedThreadPool.execute(new Runnable() {
                public void run() {
                    // 重写run方法
                    handler(socket);
                }
            });
        }
    }
    // 编写一个handler方法和客户端通信
    private static void handler(Socket socket) {
        try {
            System.out.println("线程信息try id=" + Thread.currentThread().getId() + "  "+Thread.currentThread().getName());
            // 定义数组接收数据
            byte[] bytes = new byte[1024];
            // 通过socket获取输入流
            InputStream inputStream = socket.getInputStream();
            // 循环读取客户端发送的数据
            while (true) {
                System.out.println("线程信息 id=" + Thread.currentThread().getId() + "  "+Thread.currentThread().getName());
                // 子线程每次阻塞在此次,等待客户端下一次发送信息才进行处理
                int read = inputStream.read(bytes);
                if (read != -1) {
                    // 输出客户端发送的数据
                    System.out.println(new String(bytes,0,read));
                } else {
                    break;
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            System.out.println("关闭client连接");
            try {
                socket.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

NIO 基本介绍

java nio 全程 java non-blocking IO,是指JDK提供新API.从JDK1.4开始,java提供了一系列改进的输入输出的新特性,被统称为NIO(New IO) 是非阻塞的
NIO 相关类都被放在java nio包及子包下,并且对原java.io包中的很多相关类进行改写
NIO 有三大核心部分 channel(通道) , buffer(缓冲区), Selector(选择器)
NIO 是面向缓冲区,或者面向块编程. 数据读取到一个它稍后处理的缓冲区,需要时可在缓冲区前后移动,这就增加了处理过程中的灵活性,使用它可以提供非阻塞式的高伸缩性网络
java NIO的非阻塞模式,使一个线程从某通道发送请求或者读取数据,但是它仅能得到目前可用的数据,如果目前没有数据可用时,就什么都不获取,而不是保持线程阻塞,所以直至数据变的可以读之前,该线程可以继续做其他的事情.非阻塞写也是如此,一个线程请求写入一些数据到某通道,但不需要等待他完全写入,这个线程同时可以去做别的事情
通俗理解: NIO是可以做到用一个线程来处理多个操作.假设有10000个请求过来,根据实际情况,可以分配50或者100个线程来处理,不想之前的阻塞IO那样,非得分配10000个
HTTP2.0使用了多路复用的技术,做到同一个连接并发处理多个请求,而且并发请求的数量比HTTP1.1大了好几个数量级

NIO和BIO的比较

BIO以流的方式处理数据,而NIO以块的方式处理数据,块I/O的效率比流I/O高很多
BIO是阻塞的,NIO则是非阻塞的
BIO基于字节流和字符流进行操作,而NIO基于Channel(通道)和Buffer(缓冲区)进行操作,数据总是以通道读取到缓冲区中,或者从缓冲区写入到通道中.Selector(选择器)用于监听(实则轮询实现,此处有争议)多个通道的事件(比如: 连接请求,数据到达等),因此使用单个线程就可以监听多个客户端通道

自定义buffer案例

public class BasicBuffer {
    public static void main(String[] args) {

        // 举例说明buffer的使用
        // 创建一个buffer , 大小为5 , 即可存放5个int
        IntBuffer intBuffer = IntBuffer.allocate(5);
        // intBuffer.capacity() 获取buffer容量
        for (int i = 0; i < intBuffer.capacity(); i++) {
            intBuffer.put(i * 2);
        }
        // 如何读取数据
        // 将buffer转换, 读写切换
        intBuffer.flip();

        while (intBuffer.hasRemaining()) {
            // intBuffer.get() 每get一次指针就会向后移动一位
            System.out.println(intBuffer.get());
        }
    }
}