03、Netty 源码解析 - Java NIO编程

一、NIO基本介绍

1、Java NIO 全称 java non-blocking IO,是值 JDK 提供的新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(即 New IO),是同步非阻塞的。

2、NIO 相关类都被放在 java.nio 包及子包下,并且对原 java.io 包中的很多类进行改写。

3、NIO 有三大核心部分:Channel(通道)Buffer(缓冲区)Selector(选择器)
 

4、NIO 是面向缓冲区或者面向块编程的。数据读取到一个它稍后处理的缓冲区,需要时可在缓冲区中前后移动,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。

5、Java NIO的非阻塞模式,一个线程从某通道发送请求读取数据,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,就什么都不会获取,而不是保持线程阻塞,所以直至数据变得可以读取之前,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,但不需要等待它完全写入,这个线程同时可以去做别的事情。

6、通俗理解:NIO是可以做到用一个线程来处理多个操作的。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。不像之前的阻塞IO那样,非得分配10000个。

7、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。

二、Buffer代码

public class BasicBuffer {

    public static void main(String[] args) {
        // 举例说明 Buffer 的使用(简单说明)

        // 创建一个 Buffer,大小为10,即可以存放10个int
        IntBuffer intBuffer = IntBuffer.allocate(10);

        // 向 Buffer 中存放数据
        /*intBuffer.put(10);
        intBuffer.put(11);
        intBuffer.put(12);
        intBuffer.put(13);
        intBuffer.put(14);
        intBuffer.put(15);
        intBuffer.put(16);
        intBuffer.put(17);
        intBuffer.put(18);
        intBuffer.put(19);*/
        for(int i = 0; i < intBuffer.capacity(); i++){
            intBuffer.put( i * 2 );
        }

        // 从 Buffer 读取数据
        intBuffer.flip(); // 将 Buffer 转换,读写切换(!!!)

        while (intBuffer.hasRemaining()){
            System.out.println(intBuffer.get());
        }
    }
}

三、NIO 和 BIO 的比较

1、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。

2、BIO 是阻塞的,NIO 则是非阻塞的。

3、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,数据总是从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。

四、NIO 三大核心组件关系

 
Selector、Channel和Buffer的关系图说明:

1、 每个Channel都会对应一个Buffer;
2、 Selector会对应一个线程,一个线程对应多个Channel(连接);
3、 该图反映了有三个Channel注册到了Selector上;
4、 程序切换到哪个Channel是由事件(Event)决定的,Event是一个非常重要的概念;
5、 Selector会根据不同的事件,在各个通道上切换;
6、 Buffer就是一个内存块,底层是有一个数组的;
7、 数据的读取和写入是通过Buffer实现的,这个和BIO是有本质区别的,BIO中可以是输入流或者是输出流,不能是双向的,但是NIO的Buffer既可以是读,也可以是写,需要使用flip函数进行切换;
8、 Channel是双向的,可以反映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;