JDK10都发布了，nio你了解多少？
Hmily25
6年前
<h2>前言</h2> <p>只有光头才能变强</p> <p>回顾前面：</p> <ul> <li><a href="https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI4Njg5MDA5NA==&mid=2247484222&idx=1&sn=5191aca33f7b331adaef11c5e07df468&chksm=ebd7423fdca0cb29cdc59b4c79afcda9a44b9206806d2212a1b807c9f5879674934c37c250a1#rd" rel="nofollow,noindex">给女朋友讲解什么是代理模式</a></li> <li><a href="https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI4Njg5MDA5NA==&mid=2247484226&idx=1&sn=a354d872978fc5db79a012c27ab5277f&chksm=ebd74243dca0cb5515fcad1ecfeda6a329be38c30a82a1325a5a19e7f62b0fa3c74069eed24d#rd" rel="nofollow,noindex">包装模式就是这么简单啦</a></li> </ul> <p>本来我预想是先来回顾一下传统的IO模式的，将传统的IO模式的相关类理清楚(因为IO的类很多)。</p> <p>但是，发现在整理的过程 <strong>已经有很多优秀的文章</strong> 了，而我自己来整理的话可能达不到他们的水平。并且 <strong>传统的IO估计大家都会用，而NIO就不一定了</strong> 。</p> <p>下面我就贴几张我认为整理比较优秀的思维导图(下面会给出图片来源地址，大家可前往阅读)：</p> <p>按操作方式分类结构图：</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/3abd22f73e146b121e5681fd430ca05a.jpg"></p> <p>字节流的输入和输出对照图：</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/5d274d13ea07e1342f5aa4169b9399df.jpg"></p> <p>字符流的输入和输出对照图：</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/9cf1ec06c707080c2cc10ca7c3de4448.jpg"></p> <p>按操作对象分类结构图：</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/504689f9560695a9c3da3858bdc86e84.jpg"></p> <p>上述图片原文地址，知乎作者@小明：</p> <ul> <li><a href="/misc/goto?guid=4959757835534379268" rel="nofollow,noindex">https://zhuanlan.zhihu.com/p/28286559</a></li> </ul> <p>还有 <strong>阅读传统IO源码</strong> 的优秀文章：</p> <ul> <li><a href="/misc/goto?guid=4959757835616907120" rel="nofollow,noindex">https://blog.csdn.net/panweiwei1994/article/details/78046000</a></li> </ul> <p>相信大家看完上面两个给出的链接+理解了 <a href="https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI4Njg5MDA5NA==&mid=2247484226&idx=1&sn=a354d872978fc5db79a012c27ab5277f&chksm=ebd74243dca0cb5515fcad1ecfeda6a329be38c30a82a1325a5a19e7f62b0fa3c74069eed24d#rd" rel="nofollow,noindex">包装模式就是这么简单啦</a> ，传统的IO应该就没什么事啦~~</p> <p>而NIO对于我来说可以说是挺 <strong>陌生</strong> 的，在当初学的时候是接触过的。 <strong>但是</strong> 一直没有用它，所以停留认知：nio是jdk1.4开始有的，比传统IO高级。</p> <p>相信很多初学者都跟我一样，对NIO是不太了解的。而我们现在jdk10都已经发布了，jdk1.4的nio都不知道，这有点说不过去了。</p> <p>所以我花了几天去了解 <strong>NIO的核心知识点</strong> ，期间看了《Java 编程思想》和《疯狂Java 讲义》的nio模块。 <strong>但是</strong> ，会发现看完了之后还是很 <strong>迷</strong> ，不知道NIO这是干嘛用的，而网上的资料与书上的知识点没有很好地对应。</p> <ul> <li>网上的资料很多都以IO的五种模型为基础来讲解NIO，而IO这五种模型其中又涉及到了很多概念： 同步/异步/阻塞/非阻塞/多路复用 ， <strong>而不同的人又有不同的理解方式</strong> 。</li> <li>还有涉及到了unix的 select/epoll/poll/pselect ， fd 这些关键字，没有相关基础的人看起来简直是天书</li> <li>这就导致了在初学时认为nio远不可及</li> </ul> <p>我在找资料的过程中也收藏了好多讲解NIO的资料，这篇文章就是 <strong>以初学的角度来理解NIO</strong> 。也算是我这两天看NIO的一个总结吧。</p> <ul> <li>希望大家可以看了之后知道什么是NIO，NIO的核心知识点是什么，会使用NIO~</li> </ul> <p>那么接下来就开始吧，如果文章有错误的地方请大家多多包涵，不吝在评论区指正哦~</p> <p>声明：本文使用JDK1.8</p> <h2>一、NIO的概述</h2> <p>JDK 1.4中的 java.nio.*包 中引入新的Java I/O库，其目的是 <strong>提高速度</strong> 。实际上，“旧”的I/O包已经使用NIO 重新实现过，即使我们不显式的使用NIO编程，也能从中受益 。</p> <ul> <li>nio翻译成 no-blocking io 或者 new io 都无所谓啦，都说得通~</li> </ul> <p>在《Java编程思想》读到 <strong>“即使我们不显式的使用NIO编程，也能从中受益”</strong> 的时候，我是挺在意的，所以：我们 <strong>测试</strong> 一下使用NIO复制文件和传统IO复制文件的性能：</p> <pre> <code class="language-java">import java.io.*; import java.nio.ByteBuffer; import java.nio.channels.FileChannel; public class SimpleFileTransferTest { private long transferFile(File source, File des) throws IOException { long startTime = System.currentTimeMillis(); if (!des.exists()) des.createNewFile(); BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream(source)); BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(des)); //将数据源读到的内容写入目的地--使用数组 byte[] bytes = new byte[1024 * 1024]; int len; while ((len = bis.read(bytes)) != -1) { bos.write(bytes, 0, len); } long endTime = System.currentTimeMillis(); return endTime - startTime; } private long transferFileWithNIO(File source, File des) throws IOException { long startTime = System.currentTimeMillis(); if (!des.exists()) des.createNewFile(); RandomAccessFile read = new RandomAccessFile(source, "rw"); RandomAccessFile write = new RandomAccessFile(des, "rw"); FileChannel readChannel = read.getChannel(); FileChannel writeChannel = write.getChannel(); ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024 * 1024);//1M缓冲区 while (readChannel.read(byteBuffer) > 0) { byteBuffer.flip(); writeChannel.write(byteBuffer); byteBuffer.clear(); } writeChannel.close(); readChannel.close(); long endTime = System.currentTimeMillis(); return endTime - startTime; } public static void main(String[] args) throws IOException { SimpleFileTransferTest simpleFileTransferTest = new SimpleFileTransferTest(); File sourse = new File("F:\\电影\\[电影天堂www.dygod.cn]猜火车-cd1.rmvb"); File des = new File("X:\\Users\\ozc\\Desktop\\io.avi"); File nio = new File("X:\\Users\\ozc\\Desktop\\nio.avi"); long time = simpleFileTransferTest.transferFile(sourse, des); System.out.println(time + "：普通字节流时间"); long timeNio = simpleFileTransferTest.transferFileWithNIO(sourse, nio); System.out.println(timeNio + "：NIO时间"); } }</code></pre> <p>我分别测试了文件大小为13M，40M，200M的：</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/e885f0bd9aa351554434af86601f7497.png"></p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/ae51deebc4945a6e287a39d2f07dc3f1.png"></p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/71891c935273babefa53435261edabb8.png"></p> <h2>1.1为什么要使用NIO</h2> <p>可以看到使用过NIO重新实现过的 <strong>传统IO根本不虚</strong> ，在大文件下效果还比NIO要好(当然了，个人几次的测试，或许不是很准)</p> <ul> <li>而NIO要有一定的学习成本，也没有传统IO那么好理解。</li> </ul> <p>那这意味着我们 <strong>可以不使用/学习NIO了吗</strong> ？</p> <p>答案是 <strong>否定</strong> 的，IO操作往往在 <strong>两个场景</strong> 下会用到：</p> <ul> <li>文件IO</li> <li>网络IO</li> </ul> <p>NIO的 <strong>魅力：在网络中使用IO就可以体现出来了</strong> ！</p> <ul> <li>后面会说到网络中使用NIO，不急哈~</li> </ul> <h2>二、NIO快速入门</h2> <p>首先我们来看看 <strong>IO和NIO的区别</strong> ：</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/e770a297e39bc8bf51675b2e69fed54d.png"></p> <ul> <li>可简单认为： <strong>IO是面向流的处理，NIO是面向块(缓冲区)的处理</strong> <ul> <li>面向流的I/O 系统 <strong>一次一个字节地处理数据</strong> 。</li> <li>一个面向块(缓冲区)的I/O系统 <strong>以块的形式处理数据</strong> 。</li> </ul> </li> </ul> <p>NIO主要有 <strong>三个核心部分组成</strong> ：</p> <ul> <li><strong>buffer缓冲区</strong></li> <li><strong>Channel管道</strong></li> <li><strong>Selector选择器</strong></li> </ul> <h2>2.1buffer缓冲区和Channel管道</h2> <p>在NIO中并不是以流的方式来处理数据的，而是以buffer缓冲区和Channel管道 <strong>配合使用</strong> 来处理数据。</p> <p>简单理解一下：</p> <ul> <li>Channel管道比作成铁路，buffer缓冲区比作成火车(运载着货物)</li> </ul> <p>而我们的NIO就是 通过Channel管道运输着存储数据的Buffer缓冲区的来实现数据的处理 ！</p> <ul> <li>要时刻记住：Channel不与数据打交道，它只负责运输数据。与数据打交道的是Buffer缓冲区 <ul> <li><strong>Channel-->运输</strong></li> <li><strong>Buffer-->数据</strong></li> </ul> </li> </ul> <p>相对于传统IO而言， <strong>流是单向的</strong> 。对于NIO而言，有了Channel管道这个概念，我们的 <strong>读写都是双向</strong> 的(铁路上的火车能从广州去北京、自然就能从北京返还到广州)！</p> <h3>2.1.1buffer缓冲区核心要点</h3> <p>我们来看看Buffer缓冲区有什么值得我们注意的地方。</p> <p>Buffer是缓冲区的抽象类：</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/c79582345ff57bf950710d9bfc300c32.png"></p> <p>其中ByteBuffer是 <strong>用得最多的实现类</strong> (在管道中读写字节数据)。</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/4db99a7cd5890579f5de0b99f747dd68.png"></p> <p>拿到一个缓冲区我们往往会做什么？很简单，就是 <strong>读取缓冲区的数据/写数据到缓冲区中</strong> 。所以，缓冲区的核心方法就是:</p> <ul> <li>put()</li> <li>get()</li> </ul> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/6feed136dbc0545c24f96b79cc944913.png"></p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/6ee88003f145a8e4d30d2e38a318e4df.png"></p> <p>Buffer类维护了4个核心变量属性来提供 <strong>关于其所包含的数组的信息</strong> 。它们是：</p> <ul> <li>容量Capacity <ul> <li><strong>缓冲区能够容纳的数据元素的最大数量</strong> 。容量在缓冲区创建时被设定，并且永远不能被改变。(不能被改变的原因也很简单，底层是数组嘛)</li> </ul> </li> <li>上界Limit <ul> <li><strong>缓冲区里的数据的总数</strong> ，代表了当前缓冲区中一共有多少数据。</li> </ul> </li> <li>位置Position <ul> <li><strong>下一个要被读或写的元素的位置</strong> 。Position会自动由相应的 get( ) 和 put( ) 函数更新。</li> </ul> </li> <li>标记Mark <ul> <li>一个备忘位置。 <strong>用于记录上一次读写的位置</strong> 。</li> </ul> </li> </ul> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/f9d0c54962a4ffd56ea4fd95534e85f1.png"></p> <h3>2.1.2buffer代码演示</h3> <p>首先展示一下 <strong>是如何创建缓冲区的，核心变量的值是怎么变化的</strong> 。</p> <pre> <code class="language-java"> public static void main(String[] args) { // 创建一个缓冲区 ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024); // 看一下初始时4个核心变量的值 System.out.println("初始时-->limit--->"+byteBuffer.limit()); System.out.println("初始时-->position--->"+byteBuffer.position()); System.out.println("初始时-->capacity--->"+byteBuffer.capacity()); System.out.println("初始时-->mark--->" + byteBuffer.mark()); System.out.println("--------------------------------------"); // 添加一些数据到缓冲区中 String s = "Java3y"; byteBuffer.put(s.getBytes()); // 看一下初始时4个核心变量的值 System.out.println("put完之后-->limit--->"+byteBuffer.limit()); System.out.println("put完之后-->position--->"+byteBuffer.position()); System.out.println("put完之后-->capacity--->"+byteBuffer.capacity()); System.out.println("put完之后-->mark--->" + byteBuffer.mark()); }</code></pre> <p>运行结果：</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/4f04fd464344b577c9381e1361be8b37.png"></p> <p>现在 <strong>我想要从缓存区拿数据</strong> ，怎么拿呀？？NIO给了我们一个 flip() 方法。这个方法可以 <strong>改动position和limit的位置</strong> ！</p> <p>还是上面的代码，我们 flip() 一下后，再看看4个核心属性的值会发生什么变化：</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/fcc5241b9fb323b85c1d2481a9895968.png"></p> <p>很明显的是：</p> <ul> <li><strong>limit变成了position的位置了</strong></li> <li><strong>而position变成了0</strong></li> </ul> <p>看到这里的同学可能就会想到了：当调用完 filp() 时： <strong>limit是限制读到哪里，而position是从哪里读</strong></p> <p>一般我们称 filp() 为 <strong>“切换成读模式”</strong></p> <ul> <li>每当要从缓存区的时候读取数据时，就调用 filp() <strong>“切换成读模式”</strong> 。</li> </ul> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/ec9e6ad2a1e58ea20447004f8c92192c.png"></p> <p>切换成读模式之后，我们就可以读取缓冲区的数据了：</p> <pre> <code class="language-java"> // 创建一个limit()大小的字节数组(因为就只有limit这么多个数据可读) byte[] bytes = new byte[byteBuffer.limit()]; // 将读取的数据装进我们的字节数组中 byteBuffer.get(bytes); // 输出数据 System.out.println(new String(bytes, 0, bytes.length));</code></pre> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/cef08bb0d542141ba9ea7e345856ed01.png"></p> <p>随后输出一下核心变量的值看看：</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/65134c55a5d6bc06542eb42cf0bd91bb.png"></p> <p>读完我们还想写数据到缓冲区，那就使用 clear() 函数，这个函数会“清空”缓冲区：</p> <ul> <li>数据没有真正被清空，只是被 <strong>遗忘</strong> 掉了</li> </ul> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/6711db7114121062998699bb366e43d4.png"></p> <h3>2.1.3FileChannel通道核心要点</h3> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/a31f80cc8c666a2896867952e143dccf.png"></p> <p>Channel通道 <strong>只负责传输数据、不直接操作数据的</strong> 。操作数据都是通过Buffer缓冲区来进行操作！</p> <pre> <code class="language-java"> // 1. 通过本地IO的方式来获取通道 FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("F:\\3yBlog\\JavaEE常用框架\\Elasticsearch就是这么简单.md"); // 得到文件的输入通道 FileChannel inchannel = fileInputStream.getChannel(); // 2. jdk1.7后通过静态方法.open()获取通道 FileChannel.open(Paths.get("F:\\3yBlog\\JavaEE常用框架\\Elasticsearch就是这么简单2.md"), StandardOpenOption.WRITE);</code></pre> <p>使用 <strong>FileChannel配合缓冲区</strong> 实现文件复制的功能：</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/868c22c3068deb47f5fcb240e1709579.png"></p> <p>使用 <strong>内存映射文件</strong> 的方式实现 <strong>文件复制</strong> 的功能(直接操作缓冲区)：</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/538b9514891f5e787d4321991e309246.png"></p> <p>通道之间通过 transfer() 实现数据的传输(直接操作缓冲区)：</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/82997a013a64d5a83864dd5c77dab3ec.png"></p> <h3>2.1.4直接与非直接缓冲区</h3> <ul> <li>非直接缓冲区是 <strong>需要</strong> 经过一个：copy的阶段的(从内核空间copy到用户空间)</li> <li>直接缓冲区 <strong>不需要</strong> 经过copy阶段，也可以理解成---> <strong>内存映射文件</strong> ，(上面的图片也有过例子)。</li> </ul> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/915afa079591f69f0d68f318be994ad1.png"></p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/adf3284de641d630cfd6d167291b93e9.png"></p> <p>使用直接缓冲区有两种方式：</p> <ul> <li>缓冲区创建的时候分配的是直接缓冲区</li> <li>在FileChannel上调用 map() 方法，将文件直接映射到内存中创建</li> </ul> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/d90bce67357534e26b726b61ea48f91a.png"></p> <h3>2.1.5scatter和gather、字符集</h3> <p>这个知识点我感觉用得挺少的，不过很多教程都有说这个知识点，我也拿过来说说吧：</p> <ul> <li>分散读取(scatter)：将一个通道中的数据分散读取到多个缓冲区中</li> <li>聚集写入(gather)：将多个缓冲区中的数据集中写入到一个通道中</li> </ul> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/949b445b97f9f66d7c8b4f10aee1d3c1.png"></p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/aa10e39337df16ccd7863c7e1e0854fe.png"></p> <p>分散读取</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/d047494a12430565422e4be4ce417e06.png"></p> <p>聚集写入</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/fb52918d4b3bec44219d58ea34302c48.png"></p> <p>字符集(只要编码格式和解码格式一致，就没问题了)</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/48611918c70f0bf0c8face0488ad7565.png"></p> <h2>三、IO模型理解</h2> <p>文件的IO就告一段落了，我们来学习网络中的IO~~~为了更好地理解NIO， <strong>我们先来学习一下IO的模型</strong> ~</p> <p>根据UNIX网络编程对I/O模型的分类， <strong>在UNIX可以归纳成5种I/O模型</strong> ：</p> <ul> <li><strong>阻塞I/O</strong></li> <li><strong>非阻塞I/O</strong></li> <li><strong>I/O多路复用</strong></li> <li>信号驱动I/O</li> <li>异步I/O</li> </ul> <h2>3.0学习I/O模型需要的基础</h2> <h3>3.0.1文件描述符</h3> <p>Linux 的内核将所有外部设备 <strong>都看做一个文件来操作</strong> ，对一个文件的读写操作会 <strong>调用内核提供的系统命令(api)</strong> ，返回一个 file descriptor （fd，文件描述符）。而对一个socket的读写也会有响应的描述符，称为 socket fd （socket文件描述符），描述符就是一个数字， <strong>指向内核中的一个结构体</strong> （文件路径，数据区等一些属性）。</p> <ul> <li>所以说：在Linux下对文件的操作是 <strong>利用文件描述符(file descriptor)来实现的</strong> 。</li> </ul> <h3>3.0.2用户空间和内核空间</h3> <p>为了保证用户进程不能直接操作内核（kernel）， <strong>保证内核的安全</strong> ，操心系统将虚拟空间划分为两部分</p> <ul> <li><strong>一部分为内核空间</strong> 。</li> <li><strong>一部分为用户空间</strong> 。</li> </ul> <h3>3.0.3I/O运行过程</h3> <p>我们来看看IO在系统中的运行是怎么样的(我们 <strong>以read为例</strong> )</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/e80c878620d9afc2e866b70eb403b383.png"></p> <p>可以发现的是：当应用程序调用read方法时，是需要 <strong>等待</strong> 的--->从内核空间中找数据，再将内核空间的数据拷贝到用户空间的。</p> <ul> <li><strong>这个等待是必要的过程</strong> ！</li> </ul> <p>下面只讲解用得最多的3个I/0模型：</p> <ul> <li><strong>阻塞I/O</strong></li> <li><strong>非阻塞I/O</strong></li> <li><strong>I/O多路复用</strong></li> </ul> <h2>3.1阻塞I/O模型</h2> <p>在进程(用户)空间中调用 recvfrom ，其系统调用直到数据包到达且 <strong>被复制到应用进程的缓冲区中或者发生错误时才返回</strong> ，在此期间 <strong>一直等待</strong> 。</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/5ad5c83ed696c7c7ef582d8d218c4ac6.png"></p> <h2>3.2非阻塞I/O模型</h2> <p>recvfrom 从应用层到内核的时候，如果没有数据就 <strong>直接返回</strong> 一个EWOULDBLOCK错误，一般都对非阻塞I/O模型 <strong>进行轮询检查这个状态</strong> ，看内核是不是有数据到来。</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/9f8f30250ba54c200b4354dbd0306d8a.png"></p> <h2>3.3I/O复用模型</h2> <p>前面也已经说了：在Linux下对文件的操作是 <strong>利用文件描述符(file descriptor)来实现的</strong> 。</p> <p>在Linux下它是这样子实现I/O复用模型的：</p> <ul> <li>调用 select/poll/epoll/pselect 其中一个函数， <strong>传入多个文件描述符</strong> ，如果有一个文件描述符 <strong>就绪，则返回</strong> ，否则阻塞直到超时。</li> </ul> <p>比如 poll() 函数是这样子的： int poll(struct pollfd *fds,nfds_t nfds, int timeout);</p> <p>其中 pollfd 结构定义如下：</p> <pre> <code class="language-java">struct pollfd { int fd; /* 文件描述符 */ short events; /* 等待的事件 */ short revents; /* 实际发生了的事件 */ };</code></pre> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/1386971a37730af6bf62f45478a4159f.gif"></p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/335637bead258ec04f20be9f518b98c4.png"></p> <ul> <li>（1）当用户进程调用了select，那么整个进程会被block；</li> <li>（2）而同时，kernel会“监视”所有select负责的socket；</li> <li>（3）当任何一个socket中的数据准备好了，select就会返回；</li> <li>（4）这个时候用户进程再调用read操作，将数据从kernel拷贝到用户进程(空间)。</li> <li>所以，I/O 多路复用的特点是 <strong>通过一种机制一个进程能同时等待多个文件描述符</strong> ，而这些文件描述符 <strong>其中的任意一个进入读就绪状态</strong> ，select()函数 <strong>就可以返回</strong> 。</li> </ul> <p>select/epoll的优势并不是对于单个连接能处理得更快，而是 <strong>在于能处理更多的连接</strong> 。</p> <h2>3.4I/O模型总结</h2> <p>正经的描述都在上面给出了，不知道大家理解了没有。下面我举几个例子总结一下这三种模型：</p> <p>阻塞I/O：</p> <ul> <li>Java3y跟女朋友去买喜茶，排了很久的队终于可以点饮料了。我要绿研，谢谢。可是喜茶不是点了单就能立即拿，于是我 <strong>在喜茶门口等了一小时才拿到</strong> 绿研。 <ul> <li>在门口干等一小时</li> </ul> </li> </ul> <p>非阻塞I/O：</p> <ul> <li>Java3y跟女朋友去买一点点，排了很久的队终于可以点饮料了。我要波霸奶茶，谢谢。可是一点点不是点了单就能立即拿， <strong>同时</strong> 服务员告诉我：你大概要等半小时哦。你们先去逛逛吧~于是Java3y跟女朋友去玩了几把斗地主，感觉时间差不多了。于是 <strong>又去一点点问</strong> ：请问到我了吗？我的单号是xxx。服务员告诉Java3y：还没到呢，现在的单号是XXX，你还要等一会，可以去附近耍耍。问了好几次后，终于拿到我的波霸奶茶了。 <ul> <li>去逛了下街、斗了下地主，时不时问问到我了没有</li> </ul> </li> </ul> <p>I/O复用模型：</p> <ul> <li>Java3y跟女朋友去麦当劳吃汉堡包，现在就厉害了可以使用微信小程序点餐了。于是跟女朋友找了个地方坐下就用小程序点餐了。点餐了之后玩玩斗地主、聊聊天什么的。 <strong>时不时听到广播在复述XXX请取餐</strong> ，反正我的单号还没到，就继续玩呗。~~ <strong>等听到广播的时候再取餐就是了</strong> 。时间过得挺快的，此时传来：Java3y请过来取餐。于是我就能拿到我的麦辣鸡翅汉堡了。 <ul> <li>听广播取餐， <strong>广播不是为我一个人服务</strong> 。广播喊到我了，我过去取就Ok了。</li> </ul> </li> </ul> <h2>四、使用NIO完成网络通信</h2> <h2>4.1NIO基础继续讲解</h2> <p>回到我们最开始的图：</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/e770a297e39bc8bf51675b2e69fed54d.png"></p> <p>NIO被叫为 no-blocking io ，其实是在 <strong>网络这个层次中理解的</strong> ，对于 <strong>FileChannel来说一样是阻塞</strong> 。</p> <p>我们前面也仅仅讲解了FileChannel，对于我们网络通信是还有几个Channel的~</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/948c1d5d3fa8ced4da074dc1031dce9d.png"></p> <p>所以说：我们 <strong>通常</strong> 使用NIO是在网络中使用的，网上大部分讨论NIO都是在 <strong>网络通信的基础之上</strong> 的！说NIO是非阻塞的NIO也是 <strong>网络中体现</strong> 的！</p> <p>从上面的图我们可以发现还有一个 Selector 选择器这么一个东东。从一开始我们就说过了，nio的 <strong>核心要素</strong> 有：</p> <ul> <li>Buffer缓冲区</li> <li>Channel通道</li> <li>Selector选择器</li> </ul> <p>我们在网络中使用NIO往往是I/O模型的 <strong>多路复用模型</strong> ！</p> <ul> <li>Selector选择器就可以比喻成麦当劳的 <strong>广播</strong> 。</li> <li><strong>一个线程能够管理多个Channel的状态</strong></li> </ul> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/e24735751d397bc66bb3794681a85667.png"></p> <h2>4.2NIO阻塞形态</h2> <p>为了更好地理解，我们先来写一下NIO <strong>在网络中是阻塞的状态代码</strong> ，随后看看非阻塞是怎么写的就更容易理解了。</p> <ul> <li><strong>是阻塞的就没有Selector选择器了</strong> ，就直接使用Channel和Buffer就完事了。</li> </ul> <p>客户端：</p> <pre> <code class="language-java">public class BlockClient { public static void main(String[] args) throws IOException { // 1. 获取通道 SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 6666)); // 2. 发送一张图片给服务端吧 FileChannel fileChannel = FileChannel.open(Paths.get("X:\\Users\\ozc\\Desktop\\新建文件夹\\1.png"), StandardOpenOption.READ); // 3.要使用NIO，有了Channel，就必然要有Buffer，Buffer是与数据打交道的呢 ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024); // 4.读取本地文件(图片)，发送到服务器 while (fileChannel.read(buffer) != -1) { // 在读之前都要切换成读模式 buffer.flip(); socketChannel.write(buffer); // 读完切换成写模式，能让管道继续读取文件的数据 buffer.clear(); } // 5. 关闭流 fileChannel.close(); socketChannel.close(); } }</code></pre> <p>服务端：</p> <pre> <code class="language-java">public class BlockServer { public static void main(String[] args) throws IOException { // 1.获取通道 ServerSocketChannel server = ServerSocketChannel.open(); // 2.得到文件通道，将客户端传递过来的图片写到本地项目下(写模式、没有则创建) FileChannel outChannel = FileChannel.open(Paths.get("2.png"), StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.CREATE); // 3. 绑定链接 server.bind(new InetSocketAddress(6666)); // 4. 获取客户端的连接(阻塞的) SocketChannel client = server.accept(); // 5. 要使用NIO，有了Channel，就必然要有Buffer，Buffer是与数据打交道的呢 ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024); // 6.将客户端传递过来的图片保存在本地中 while (client.read(buffer) != -1) { // 在读之前都要切换成读模式 buffer.flip(); outChannel.write(buffer); // 读完切换成写模式，能让管道继续读取文件的数据 buffer.clear(); } // 7.关闭通道 outChannel.close(); client.close(); server.close(); } }</code></pre> <p>结果就可以将客户端传递过来的图片保存在本地了：</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/82dff70ea384dafd57c818e0b76c020f.png"></p> <p>此时服务端保存完图片想要告诉客户端已经收到图片啦：</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/d1fb009e9170e8d1aea63a753dab5436.png"></p> <p>客户端接收服务端带过来的数据：</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/15af62fc52d0b36c05f48d3873696ca5.png"></p> <p>如果仅仅是上面的代码 <strong>是不行</strong> 的！这个程序会 <strong>阻塞</strong> 起来！</p> <ul> <li>因为服务端 <strong>不知道客户端还有没有数据要发过来</strong> (与刚开始不一样，客户端发完数据就将流关闭了，服务端可以知道客户端没数据发过来了)，导致服务端一直在读取客户端发过来的数据。</li> <li>进而导致了阻塞！</li> </ul> <p>于是客户端在写完数据给服务端时， <strong>显式告诉服务端已经发完数据</strong> 了！</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/59a37dbc5b8e789252a8450328167980.png"></p> <h2>4.3NIO非阻塞形态</h2> <p>如果使用非阻塞模式的话，那么我们就可以不显式告诉服务器已经发完数据了。我们下面来看看怎么写：</p> <p>客户端：</p> <pre> <code class="language-java">public class NoBlockClient { public static void main(String[] args) throws IOException { // 1. 获取通道 SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 6666)); // 1.1切换成非阻塞模式 socketChannel.configureBlocking(false); // 2. 发送一张图片给服务端吧 FileChannel fileChannel = FileChannel.open(Paths.get("X:\\Users\\ozc\\Desktop\\新建文件夹\\1.png"), StandardOpenOption.READ); // 3.要使用NIO，有了Channel，就必然要有Buffer，Buffer是与数据打交道的呢 ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024); // 4.读取本地文件(图片)，发送到服务器 while (fileChannel.read(buffer) != -1) { // 在读之前都要切换成读模式 buffer.flip(); socketChannel.write(buffer); // 读完切换成写模式，能让管道继续读取文件的数据 buffer.clear(); } // 5. 关闭流 fileChannel.close(); socketChannel.close(); } }</code></pre> <p>服务端：</p> <pre> <code class="language-java">public class NoBlockServer { public static void main(String[] args) throws IOException { // 1.获取通道 ServerSocketChannel server = ServerSocketChannel.open(); // 2.切换成非阻塞模式 server.configureBlocking(false); // 3. 绑定连接 server.bind(new InetSocketAddress(6666)); // 4. 获取选择器 Selector selector = Selector.open(); // 4.1将通道注册到选择器上，指定接收“监听通道”事件 server.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); // 5. 轮训地获取选择器上已“就绪”的事件--->只要select()>0，说明已就绪 while (selector.select() > 0) { // 6. 获取当前选择器所有注册的“选择键”(已就绪的监听事件) Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator(); // 7. 获取已“就绪”的事件，(不同的事件做不同的事) while (iterator.hasNext()) { SelectionKey selectionKey = iterator.next(); // 接收事件就绪 if (selectionKey.isAcceptable()) { // 8. 获取客户端的链接 SocketChannel client = server.accept(); // 8.1 切换成非阻塞状态 client.configureBlocking(false); // 8.2 注册到选择器上-->拿到客户端的连接为了读取通道的数据(监听读就绪事件) client.register(selector, SelectionKey.OP_READ); } else if (selectionKey.isReadable()) { // 读事件就绪 // 9. 获取当前选择器读就绪状态的通道 SocketChannel client = (SocketChannel) selectionKey.channel(); // 9.1读取数据 ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024); // 9.2得到文件通道，将客户端传递过来的图片写到本地项目下(写模式、没有则创建) FileChannel outChannel = FileChannel.open(Paths.get("2.png"), StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.CREATE); while (client.read(buffer) > 0) { // 在读之前都要切换成读模式 buffer.flip(); outChannel.write(buffer); // 读完切换成写模式，能让管道继续读取文件的数据 buffer.clear(); } } // 10. 取消选择键(已经处理过的事件，就应该取消掉了) iterator.remove(); } } } }</code></pre> <p>还是刚才的需求： <strong>服务端保存了图片以后，告诉客户端已经收到图片了</strong> 。</p> <p>在服务端上只要在后面写些数据给客户端就好了：</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/2f01c7379b2f8110126a83eb141e98e1.png"></p> <p>在客户端上要想获取得到服务端的数据，也需要注册在register上(监听读事件)！</p> <pre> <code class="language-java">public class NoBlockClient2 { public static void main(String[] args) throws IOException { // 1. 获取通道 SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 6666)); // 1.1切换成非阻塞模式 socketChannel.configureBlocking(false); // 1.2获取选择器 Selector selector = Selector.open(); // 1.3将通道注册到选择器中，获取服务端返回的数据 socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ); // 2. 发送一张图片给服务端吧 FileChannel fileChannel = FileChannel.open(Paths.get("X:\\Users\\ozc\\Desktop\\新建文件夹\\1.png"), StandardOpenOption.READ); // 3.要使用NIO，有了Channel，就必然要有Buffer，Buffer是与数据打交道的呢 ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024); // 4.读取本地文件(图片)，发送到服务器 while (fileChannel.read(buffer) != -1) { // 在读之前都要切换成读模式 buffer.flip(); socketChannel.write(buffer); // 读完切换成写模式，能让管道继续读取文件的数据 buffer.clear(); } // 5. 轮训地获取选择器上已“就绪”的事件--->只要select()>0，说明已就绪 while (selector.select() > 0) { // 6. 获取当前选择器所有注册的“选择键”(已就绪的监听事件) Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator(); // 7. 获取已“就绪”的事件，(不同的事件做不同的事) while (iterator.hasNext()) { SelectionKey selectionKey = iterator.next(); // 8. 读事件就绪 if (selectionKey.isReadable()) { // 8.1得到对应的通道 SocketChannel channel = (SocketChannel) selectionKey.channel(); ByteBuffer responseBuffer = ByteBuffer.allocate(1024); // 9. 知道服务端要返回响应的数据给客户端，客户端在这里接收 int readBytes = channel.read(responseBuffer); if (readBytes > 0) { // 切换读模式 responseBuffer.flip(); System.out.println(new String(responseBuffer.array(), 0, readBytes)); } } // 10. 取消选择键(已经处理过的事件，就应该取消掉了) iterator.remove(); } } } }</code></pre> <p>测试结果：</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/d2cb8d570e928672e0e5080b1b0af37d.png"></p> <p>下面就 <strong>简单总结一下</strong> 使用NIO时的要点：</p> <ul> <li>将Socket通道注册到Selector中，监听感兴趣的事件</li> <li>当感兴趣的时间就绪时，则会进去我们处理的方法进行处理</li> <li>每处理完一次就绪事件，删除该选择键(因为我们已经处理完了)</li> </ul> <h2>4.4管道和DataGramChannel</h2> <p>这里我就不再讲述了，最难的TCP都讲了，UDP就很简单了。</p> <p>UDP:</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/0f62a949fff3f78e5a7ad36b49a0c503.png"></p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/8b3b4b872166937e18aad21f4dc2b840.png"></p> <p>管道：</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/337440fb58873994126972b21f624913.png"></p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/17b510a4dc1fb7478755dff3ca31a851.png"></p> <h2>五、总结</h2> <p>总的来说NIO也是一个比较重要的知识点，因为它是学习netty的基础~</p> <p>想以一篇来完全讲解NIO显然是不可能的啦，想要更加深入了解NIO可以往下面的链接继续学习~</p> <p>参考资料：</p> <ul> <li><a href="/misc/goto?guid=4959757835705345867" rel="nofollow,noindex">https://www.zhihu.com/question/29005375</a> ---如何学习Java的NIO？</li> <li><a href="/misc/goto?guid=4959546162221366333" rel="nofollow,noindex">http://ifeve.com/java-nio-all/</a> ---Java NIO 系列教程</li> <li><a href="/misc/goto?guid=4959757835813807720" rel="nofollow,noindex">https://www.ibm.com/developerworks/cn/education/java/j-nio/j-nio.html</a> -----NIO 入门</li> <li><a href="/misc/goto?guid=4959757835901613535" rel="nofollow,noindex">https://blog.csdn.net/anxpp/article/details/51503329</a> -----Linux 网络 I/O 模型简介（图文）</li> <li><a href="/misc/goto?guid=4959757835985037979" rel="nofollow,noindex">https://wangjingxin.top/2016/10/21/decoration/</a> -----谈谈java的NIO和AIO</li> <li><a href="/misc/goto?guid=4959757836070158393" rel="nofollow,noindex">https://www.yiibai.com/java_nio/</a> -----Java NIO教程</li> <li><a href="/misc/goto?guid=4959757836147937868" rel="nofollow,noindex">https://blog.csdn.net/cowthan/article/details/53563206</a> ------Java 8：Java 的新IO （nio）</li> <li><a href="/misc/goto?guid=4959757836236177753" rel="nofollow,noindex">https://blog.csdn.net/youyou1543724847/article/details/52748785</a> -------JAVA NIO(1.基本概念，基本类）</li> <li><a href="/misc/goto?guid=4959757836320976944" rel="nofollow,noindex">https://www.cnblogs.com/zingp/p/6863170.html</a> -----IO模式和IO多路复用</li> <li><a href="/misc/goto?guid=4959757836390714740" rel="nofollow,noindex">https://www.cnblogs.com/Evsward/p/nio.html</a> ----掌握NIO，程序人生</li> <li><a href="/misc/goto?guid=4959757836477863247" rel="nofollow,noindex">https://blog.csdn.net/anxpp/article/details/51512200</a> ----Java 网络IO编程总结（BIO、NIO、AIO均含完整实例代码）</li> <li><a href="/misc/goto?guid=4959757836562564741" rel="nofollow,noindex">https://zhuanlan.zhihu.com/p/24393775?refer=hinus</a> ---进击的Java新人</li> </ul> <p>如果文章有错的地方欢迎指正，大家互相交流。</p> <p>来自：http://zhongfucheng.bitcron.com/post/javaji-chu/jdk10du-fa-bu-liao-nioni-liao-jie-duo-shao</p> <p> </p>