知识大全 java nio 开发实例

Posted 2022-07-19 知

篇首语：人生难得几回搏，此时不搏待何时。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了知识大全 java nio 开发实例相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

　　首先了解下所谓的java nio是个什么东西！

　　传统的并发型服务器设计是利用阻塞型网络I/O 以多线程的模式来实现的然而由

　　于系统常常在进行网络读写时处于阻塞状态会大大影响系统的性能自Java 开始引入

　　了NIO(新I/O) API 通过使用非阻塞型I/O 实现流畅的网络读写操作为开发高性能并发

　　型服务器程序提供了一个很好的解决方案这就是java nio

　　首先来看下传统的阻塞型网络 I/O的不足

　　Java 平台传统的I/O 系统都是基于Byte（字节）和Stream（数据流）的相应的I/O 操

　　作都是阻塞型的所以服务器程序也采用阻塞型I/O 进行数据的读写操作本文以TCP

　　长连接模式来讨论并发型服务器的相关设计为了实现服务器程序的并发性要求系统由一

　　个单独的主线程来监听用户发起的连接请求一直处于阻塞状态当有用户连接请求到来时

　　程序都会启一个新的线程来统一处理用户数据的读写操作

　　这种模式的优点是简单实用易管理然而缺点也是显而易见的由于是为每一个客

　　户端分配一个线程来处理输入输出数据其线程与客户机的比例近似为随着线程

　　数量的不断增加服务器启动了大量的并发线程会大大加大系统对线程的管理开销这将

　　成为吞吐量瓶颈的主要原因其次由于底层的I/O 操作采用的同步模式 I/O 操作的阻塞管

　　理粒度是以服务于请求的线程为单位的有可能大量的线程会闲置处于盲等状态造成I/O

　　资源利用率不高影响整个系统的性能

　　对于并发型服务器系统用在阻塞型I/O 等待和线程间切换的时间远远多于CPU 在内

　　存中处理数据的时间因此传统的阻塞型I/O 已经成为制约系统性能的瓶颈 Java 版本

　　后推出的NIO 工具包提供了非阻塞型I/O 的异步输入输出机制为提高系统的性能提供

　　了可实现的基础机制

　　NIO 包及工作原理

　　针对传统I/O 工作模式的不足 NIO 工具包提出了基于Buffer（缓冲区） Channel（通

　　道） Selector（选择器）的新模式 Selector（选择器）可选择的Channel（通道）和

　　SelectionKey（选择键）配合起来使用可以实现并发的非阻塞型I/O 能力

　　NIO 工具包的成员

　　Buffer（缓冲器）

　　Buffer 类是一个抽象类它有个子类分别对应于七种基本的数据类型 ByteBuffer

　　CharBuffer DoubleBuffer FloatBuffer IntBuffer LongBuffer 和ShortBuffer 每一个Buffer

　　对象相当于一个数据容器可以把它看作内存中的一个大的数组用来存储和提取所有基本

　　类型(boolean 型除外)的数据 Buffer 类的核心是一块内存区可以直接对其执行与内存有关

　　的操作利用操作系统特性和能力提高和改善Java 传统I/O 的性能

　　Channel（通道）

　　Channel 被认为是NIO 工具包的一大创新点是(Buffer)缓冲器和I/O 服务之间的通道

　　具有双向性既可以读入也可以写出可以更高效的传递数据我们这里主要讨论

　　ServerSocketChannel 和SocketChannel 它们都继承了SelectableChannel 是可选择的通道

　　分别可以工作在同步和异步两种方式下（这里的可选择不是指可以选择两种工作方式而是

　　指可以有选择的注册自己感兴趣的事件）当通道工作在同步方式时它的功能和编程方法

　　与传统的ServerSocket Socket 对象相似当通道工作在异步工作方式时进行输入输出处

　　理不必等到输入输出完毕才返回并且可以将其感兴趣的（如接受操作连接操作读出

　　操作写入操作）事件注册到Selector 对象上与Selector 对象协同工作可以更有效率的支

　　持和管理并发的网络套接字连接

　　Selector（选择器）和SelectionKey（选择键）

　　各类 Buffer 是数据的容器对象各类Channel 实现在各类Buffer 与各类I/O 服务间传输

　　数据 Selector 是实现并发型非阻塞I/O 的核心各种可选择的通道将其感兴趣的事件注册

　　到Selector 对象上 Selector 在一个循环中不断轮循监视这各些注册在其上的Socket 通道

　　SelectionKey 类则封装了SelectableChannel 对象在Selector 中的注册信息当Selector 监测

　　到在某个注册的SelectableChannel 上发生了感兴趣的事件时自动激活产生一个SelectionKey

　　对象在这个对象中记录了哪一个SelectableChannel 上发生了哪种事件通过对被激活的

　　SelectionKey 的分析外界可以知道每个SelectableChannel 发生的具体事件类型进行相应的

　　处理

　　NIO 工作原理

　　通过上面的讨论我们可以看出在并发型服务器程序中使用NIO 实际上是通过网络事

　　件驱动模型实现的我们应用Select 机制不用为每一个客户端连接新启线程处理而是将

　　其注册到特定的Selector 对象上这就可以在单线程中利用Selector 对象管理大量并发的网

　　络连接更好的利用了系统资源采用非阻塞I/O 的通信方式不要求阻塞等待I/O 操作完

　　成即可返回从而减少了管理I/O 连接导致的系统开销大幅度提高了系统性能

　　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 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由于在非阻塞网络I/O 中采用了事件触

　　发机制处理程序可以得到系统的主动通知从而可以实现底层网络I/O 无阻塞流畅地读

　　写而不像在原来的阻塞模式下处理程序需要不断循环等待使用NIO 可以编写出性能更

　　好更易扩展的并发型服务器程序

　　并发型服务器程序的实现代码

　　应用 NIO 工具包基于非阻塞网络I/O 设计的并发型服务器程序与以往基于阻塞I/O 的

　　实现程序有很大不同在使用非阻塞网络I/O 的情况下程序读取数据和写入数据的时机不

　　是由程序员控制的而是Selector 决定的下面便给出基于非阻塞网络I/O 的并发型服务器

　　程序的核心代码片段

　　import java io * //引入Java io包

　　import * //引入包

　　import java nio channels * //引入Java nio channels包

　　import java util * //引入Java util包

　　public class TestServer implements Runnable

　　/**

　　* 服务器Channel对象负责接受用户连接

　　private ServerSocketChannel server

　　/**

　　* Selector对象负责监控所有的连接到服务器的网络事件的发生

　　private Selector selector

　　/**

　　* 总的活动连接数

　　private int activeSockets

　　/**

　　* 服务器Channel绑定的端口号

　　private int port

　　/**

　　* 构造函数

　　public TestServer()throws IOException

　　activeSockets=

　　port= //初始化服务器Channel绑定的端口号为

　　selector= Selector open() //初始化Selector对象

　　server=ServerSocketChannel open() //初始化服务器Channel对象

　　ServerSocket socket=server socket() //获取服务器Channel对应的//ServerSocket对象

　　socket bind(new InetSocketAddress(port)) //把Socket绑定到监听端口上

　　nfigureBlocking(false) //将服务器Channel设置为非阻塞模式

　　server register(selector SelectionKey OP_ACCEPT) //将服务器Channel注册到

　　Selector对象并指出服务器Channel所感兴趣的事件为可接受请求操作

　　public void run()

　　while(true)

　　try

　　/**

　　*应用Select机制轮循是否有用户感兴趣的新的网络事件发生当没有

　　* 新的网络事件发生时此方法会阻塞直到有新的网络事件发生为止

　　selector select()

　　catch(IOException e)

　　continue //当有异常发生时继续进行循环操作

　　/**

　　* 得到活动的网络连接选择键的集合

　　Set<SelectionKey> keys=selector selectedKeys()

　　activeSockets=keys size() //获取活动连接的数目

　　if(activeSockets== )

　　continue //如果连接数为则继续进行循环操作

　　/**

　　* 应用For—Each循环遍历整个选择键集合

　　for(SelectionKey key :keys)

　　/**

　　* 如果关键字状态是为可接受则接受连接注册通道以接受更多的*

　　事件进行相关的服务器程序处理

　　if(key isAcceptable())

　　doServerSocketEvent(key)

　　continue

　　/**

　　* 如果关键字状态为可读则说明Channel是一个客户端的连接通道

　　* 进行相应的读取客户端数据的操作

　　if(key isReadable())

　　doClientReadEvent(key)

　　continue

　　/**

　　* 如果关键字状态为可写则也说明Channel是一个客户端的连接通道

　　* 进行相应的向客户端写数据的操作

　　if(key isWritable())

　　doClinetWriteEvent(key)

　　continue

　　/**

　　* 处理服务器事件操作

　　* @param key 服务器选择键对象

　　private void doServerSocketEvent(SelectionKey key)

　　SocketChannel client=null

　　try

　　ServerSocketChannel server=(ServerSocketChannel)key channel()

　　client=server accept()

　　if(client==null)

　　return

　　nfigureBlocking(false) //将客户端Channel设置为非阻塞型

　　/**

　　* 将客户端Channel注册到Selector对象上并且指出客户端Channel所感

　　* 兴趣的事件为可读和可写

　　client register(selector SelectionKey OP_READ|SelectionKey OP_READ)

　　catch(IOException e)

　　try

　　client close()

　　catch(IOException e )

　　/**

　　* 进行向客户端写数据操作

　　* @param key 客户端选择键对象

　　private void doClinetWriteEvent(SelectionKey key)

　　代码实现略

　　/**

　　* 进行读取客户短数据操作

　　* @param key 客户端选择键对象

　　private void doClientReadEvent(SelectionKey key)

　　代码实现略

　　从上面对代码可以看出使用非阻塞性I/O进行并发型服务器程序设计分三个部分

　　向Selector对象注册感兴趣的事件从Selector中获取所感兴趣的事件根据不同的事件进

　　行相应的处理

　　结语

　　通过使用NIO 工具包进行并发型服务器程序设计一个或者很少几个Socket 线程就可

　　以处理成千上万个活动的Socket 连接大大降低了服务器端程序的开销同时网络I/O 采取

　　非阻塞模式线程不再在读或写时阻塞操作系统可以更流畅的读写数据并可以更有效地向

　　CPU 传递数据进行处理以便更有效地提高系统的性能

　　看到这里相信你看了不止分钟了吧我说分钟其实就是想让大家能够轻松的读下去（鸡蛋）

　　好了到这里大家应该对java nio有个初步的了解了吧~~~

cha138/Article/program/Java/hx/201311/27190