2019-11-17

others

17 minutes read (About 2597 words)

Java NIO

Java NIO实例

Java基本套接字

基本操作

连接远程机器。
发送数据。
接收数据。
关闭连接。
绑定端口。
监听入站数据。
在所绑定端口.上接受来自远程机器的连接。

其中，前四项用于客户端，后六项用于服务器，最后三项只有服务器才需要，即等待客
户端的连接，这些操作通过ServerSocket类实现。

Java NIO基础

概述

NIO解决一客户一线程所带来的开销大的问题
所谓一客户一线程是指，多个客户端访问同一个服务器进程时，服务器需要为每个请求创建一个服务线程

并且非堵塞是NIO实现的重要功能之一，为了实现非堵塞，NIO引入了

选择器 Selector

通道 Channel
通道表示到实体(如硬件设备、文件、网络套接字或者可以执行一个或多个不同的的IO操作)的程序组件开放连接

通道可以注册一个选择器实例，通过该实例的select方法，用户可以询问“在一个或一组通道中，哪一个是当前需要的服务（即被读、写或被接受）“
在一个准备好的通道执行相应的I/O操作，就不需要等待，也就不会堵塞了

NIO与IO的区别

I0	NIO
面向流(Stream Oriented)	面向缓冲区(Buffer Oriented)
阻塞I0(Blocking I0)	非阻塞I0(Non Blocking I0)
(无)	选择器(Selectors)

缓冲区

NIO中一个主要的特性是java.nio.Buffer。缓冲区(Buffer)提供了一个比流抽象的、更高效和可预测的I/O。Buffer 代表了一个有限容量的容器一其本质是一个数组，通道Channel使用Buffer实例来传输数据
Buffer包含4个索引

capacity: 缓冲区总容量，可通过Buffer.capacity获取,并且是不可修改
position: 缓冲区位置，即下一个要写入或读取的索引，获取/设置通过position()/position(int)
limit: 缓冲区限制，即第一个不应该读取或写入的位置，获取/设置通过limit()/limit(int)
mark: 缓冲区位置标记，通过mark()设置一个位置，reset()方法被调用后，position被置为mark

遵循如下规则

0 ≤ mark ≤ position ≤ limit ≤ capacity

ByteBuffer的创建

//直接创建缓冲区
public static ByteBuffer allocate (int capacity)    
//在某个字节数组上创建缓冲区
public static ByteBuffer wrap (byte[] array)
//上面的调用下面的
//上一个方法的返回 wrap(array, 0, array.length)
public static ByteBuffer wrap (byte[] array, int offset, int length)

这种方式与流的区别：流是单向的，而这种方式看读可写

ByteBuffer的读写

put()/get()方法：基于相对位置和绝对位置的读写
基于相对位置就是基于目前缓冲区位置position的当前值，从“下一个”位置读取或存放数据，并为position增加适当的值。

绝对位置的put)/get()方法，必须提供写入/读出的位置, 该方式的读写操作，不改变position的值

//相对位置
public byte get ()
public ByteBuffer get (byte[] dst)
public ByteBuffer get (byte[] dst, int offset，int length)
public ByteBuffer put (byte b)
public final ByteBuffer put (byte[] src)
public ByteBuffer put (byte[] src, int offset, int length)
public ByteBuffer put (ByteBuffer src)
//绝对位置
public byte get (int index)
public ByteBuffer put (int index, byte b)

需要注意的是 ，部分数据的get()/put()是不允许的。以写人
为例，如果要写入的数据量超过当前缓冲区允许写入的数据量(可通过Buffer.remaining()
方法获得该值)，则所有的数据都不会写入缓冲区，position的位置不变，put()方法抛出
BufferOverflowException异常。

工具方法

clear() 通过clear()方法，缓冲区的poistion被设置为0, limit 设置为capacity,这样，缓冲区准备好接收新数据。后续的put()/readO调用，将数据从第-一个元素开始填入缓冲区，最多直到填满该缓冲区，达到limit位置(等于capacity)。
flip()方法用于将缓冲区准备为数据传出状态，该方法将limit设置为position后，将
position 设置为0。后续的get()/write()方法将从缓冲区的第一个元素开始传出数据，直到
limit位置。通过fip0方法和get(/write()方法配合，可以将前面利用put()/read)方法放入
缓冲区的所有数据读出(一直读到limit)。
rewind)方法将position设置为0，但不改变limit的值，如果需要多次读取缓冲区里的
数据，可以在两次读取间使用rewind()方法。
compact()方法将position和limit间的数据复制到缓冲区的开始位置，为后续的put()/
read()调用让出空间。调用结束后，poistion的值被设置为数据的长度，也就是原来的limit
减去position的值，而limit则设置为capacity。和clear()、fip() 等方法不同，compact() 不但改变了position 和limit的位置，还改变了缓冲区中的数据。

compact()主要用于在缓冲区中还有未写出的数据时，为读入数据准备空间:即在write()方法调用后和添加新数据的read)方法前调用compact()方法，将未写出的“剩余”数据移动到缓冲区前面，为后面read()方法提供释放空间。在图中，假设write()方法调用后，缓冲区处于“某工作状态”，这时，position 到limit间的数据为未写出的“剩余”数据，而limit到capacity的空间则是read)方法可以使用的空间，通过compact()操作，position 到limit 间的数据被挪到缓冲区的前面，position 的位置也被设置为“剩余”数据长度。接下来，开发人员就可以直接调用read0/put0方法，从position位置开始放入数据。该数据和原来的“剩余”数据- -起，构成了连续的可用数据。
Buffer还支持一些其他功能，如直接缓冲区(directbuffer)、Java基本类型的put()/get()、缓冲区共享、复制、透视、字符编码转换等

通道

一个Channel的实例代表一个和设备的连接

对象的创建

ServerSocketChannel/SocketChannel通过工厂方法创建

public static SocketChannel open() throws IOException
public static SocketChannel open(SocketAddress remote)
        throws IOException
public static ServerSocketChannel open() throws IOException

SocketChannel创建后，可以通过connect()连接到远程机器，通过close()关闭连接，这
些操作和Socket的没有什么差别。

数据的读写

public int read (ByteBuffer dst)
public long read (ByteBuffer[] dsts, int offset, int length)
public final long read (ByteBuffer[] dsts)
public int write (ByteBuffer src)
public long write (ByteBuffer[] srcs, int offset, int length)
public final long write (ByteBuffer[] srcs)

和socket类似的操作，可以通过socket方法获取ServerSocket对象

1 2	public SocketChannel accept () public ServerSocket socket ()

是否支持工作在非阻塞状态

Buffer使用阻塞方法相对于基本套接字没有什么优点

1 2	public SelectableChannel configureBlocking (boolean block) //设置堵塞 public boolean isBlocking() //是否堵

非阻塞的SocketChannel 的connect()方法会立即返回，用户必须通过isConnected()判断连接是否已经建立，或者通过finishConnect()方法在非阻塞套接字上阻塞等待连接成功:非阻塞的read(),在Socket上没有数据的时候，立即返回(返回值为0)，不会等待;非阻塞的acceptO,如果没有等待的连接，将返回null

1 2	public boolean isConnected () public boolean finishConnect ()

选择器

选择器(Selector) 的使用方法:通过静态的工厂方法创建Selector实例，通过Channel
的注册方法，将Selector实例注册到想要监控的Channel实例上，最后调用选择器的select()
方法。该方法会阻塞等待，直到有一个或多个通道准备好I/O操作或超时。select() 方法将返
回可进行I/O操作的通道数量。现在，在一个单独的线程中，就可以检查多个通道是否可以
进行I/O操作，不需要为每一一个通道都准备一个线程了。

选择器的打开关闭

1
2
3

public static Selector open ()
public boolean isOpen ()
public abstract void close ()

获取/设置标志位

选择器注册标记SelectionKey维护联的信息保存在java.nio.channels.SelectionKey实例中

OP_ READ (通道上有数据可读)
OP_ WRITE (通道已经可写)
OP_ CONNECT (通道连接已建立)
OP_ ACCEPT (通道上有连接请求)

1 2	public int interestOps () public SelectionKey interestops (int ops)

SeverSocketChannel/SocketChannel配合工作的API

public SelectionKey register (Selector sel, int ops) // 注册
public SelectionKey register (Selector sel, int ops, object att)//带附件注册
public SelectionKey keyFor (Selector sel) // 根据选择器，查找对应的selectionKey
public boolean isRegistered() // 判断通道是否已经注册

选择器实例selector.上注册了- -个SocketChannel对象，支持读操作

1	SelectionKey readKey = channel . register (selector, SelectionKey.OP_READ)

注销/获取选择器

1
2
3

Selector selector ()    //获取选择器
selectableChannel channel ()    //获取相应的channel
void cancel () //注销选择器

select方法

/**如果发现select()的返回值大于0，表明有需要处理的I/O事件发生**/
public int select()// 阻塞等待，直到一个注册通道有感兴趣的操作就绪
public int select (1ong timeout)// 等待一段时间，或一个注册通道有感兴趣的操作就绪
public int selectNow()// 非阻塞版本

获取相关建的方法

1 2	public Set<SelectionKey> keys () //selector上已注册的所有键 public Set <SelectionKey> selectedKeys()// 已选键集

Hadoop IPC上的使用

判断通道上等待操作的方法

public int readyOps ()
public boolean isReadable ()
public boolean iswritable ()
public boolean isConnectable ()
public boolean isAcceptable ()

与附件有关的另外两个方法

1 2	public Object attach (object ob) //添加附件 public object attachment () //获取附件

以上内容来自《Hadoop技术内幕深入解析HADOOP COMMON和HDFS架构设计与实现原理》

# Java NIO