Netty开篇——NIO章上(三)

发布时间:2024年01月12日

Java NIO基本介绍

  1. java non-blocking?I/O?称为NIO(也叫New?IO)。JDK4开始提供,同步非阻塞
  2. 相关内容在?java.nio 包及子包下,对java.io 包中的很多类进行改写。
  3. 三大核心: 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。数据读取到一个它后处理的缓冲区,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. 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,就什么都不会获取,而不是保持线程阻塞,所以直至数据可以读取之前,该线程可以继续做其他的事情。
  6. 通俗理解: NIO 是可以做到用一个线程来处理多个操作。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
  8. 基本案例

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,I/O块的效率比I/O流高很多
  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

Selector、Channel 和 Buffer 的关系图

  1. 每个channel都会对应一个Buffer
  2. 一个Selector对应一个线程
  3. 多个channel会注册到其selector
  4. Selector会根据不同的Event,在各个Channel上切换
  5. 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.
  6. Buffer是一个内存块,底层是一个数组
  7. 数据的读取写入是通过 Buffer这个和BIO有所区别,BIO 中要么是输入流,或者是输出流,不能双向,但是NIO的Buffer是可以读也可以写,需要flip()切换

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缓冲区(Buffer)

  1. Buffer本质上是一个可以读写数据的内存块,可以理解成是一个容器对象(含数组),该对象提供了一组方法,可以更轻松地使用内存块,Buffer对象内置了一些机制,能够跟踪和记录缓冲区的状态变化情况。Channel 读写的数据都必须经由Buffer
  2. Buffer是父类、抽象类,类的层级关系图
  3. 常用Buffer子类

    • ByteBuffer?存储字节数据到缓冲区
    • shortBuffer?存储字符串数据到缓冲区
    • CharBuffer?存储字符数据到缓冲区
    • IntBuffer?存储整数数据到缓冲区
    • LongBuffer?存储长整型教据到缓冲区
    • DoubleBuffer?存储小数到缓冲区
    • FloatBuffer?存储小数到缓冲区
  4. 这些Buffer都把数据存于自己类型的数组

  5. Buffer类的四个属性:
    • Capacity:容量,即可以容纳的最大数据量;在缓冲区创建时被设定并且不能改变
    • Limit:表示缓冲区的当前终点,不能对缓冲区超过极限的位置进行读写操作。且极限是可以修改的
    • Position:位置,下一个要被读写的元素的索引,每次读写缓冲区数据时都会改变改值,为下次读写做准备
    • Mark:标记

Buffer类相关方法

public abstract class Buffer{
//JDK1.4时,引入的api
public final int capacity()//返回此缓冲区的容量
public final int position()//返回此缓冲区的位置
public final Buffer position(int newPositio)//设置此缓冲区的位置
public final int limit()//返回此缓冲区的限制
public final Buffer limit(int newLimit)//设置此缓冲区的限制
public final Buffer mark()//在此缓冲区的位置设置标记
public final Buffer reset()//将此缓冲区的位置重置为以前标记的位置
public final Buffer clear()//清除此缓冲区,即将各个标记恢复到初始状态,但是数据并没有真正擦除,
public final Buffer flip()//反转此缓冲区
public final Buffer rewind()//重绕此缓冲区
public final int remaining()//返回当前位置与限制之间的元素数
public final boolean hasRemaining()//告知在当前位置和限制之间是否有元素
public abstract boolean isReadOnly()://告知此缓冲区是否为只读缓冲区
//JDK1.6时引入的api
public abstract boolean hasArray();//告知此缓冲区是否具有可访问的底层实现数组
public abstract Object array();//返回此缓冲区的底层实现数组
public abstract int arrayOffset();/返回此缓冲区的底层实现数组中第一个缓冲区元素的偏移量
public abstract boolean is Direct();//告知此缓冲区是否为直接缓冲区
}

ByteBuffer

  1. 除了boolean,其他基本类型都有一个Buffer类型与之相对应,最常用的自然是 ByteBuffer 类(二进制数据),该类的主要方法如下:
public abstract class ByteBuffer(
//缓冲区创建相关api
public static ByteBuffer allocateDirect(int capacity)//创建直接缓冲区
public static ByteBuffer allocate(int capacity)//设置缓冲区的初始容量
public static ByteBuffer wrap(byte[] array)//把一个数组放到缓冲区中使用
//构造初始化位置offset和上界length的缓冲区
public static ByteBuffer wrap(byte[] array,int offset, int length)
//缓存区存取相关API
public abstract byte get()//从当前位置position上get,get之后,position会自动+1 
public abstract byte get(int index);//从绝对位置get
public abstract ByteBuffer put(byte b);//从当前位置上添加,put之后,position会自动+1 
public abstract ByteBuffer put(int index,byte b);//从绝对位置上put

关于Buffer的注意事项和细节

  1. ByteBuffer支持类型化的put和get,数据类型必须保持一致,否则可能有 BufferUnderflowException 异常。
  2. Buffer支持转换为只读buffer,调用asReadOnlyBuffer()
  3. NIO还提供了MappedByteBuffer,可以让文件直接在内存(堆外内存) 中进行修改,而如何同步到文件由NIO来完成.
  4. NIO还支持通过多个Buffer(buffer数组)完成读写操作即 Scattering(分散)和 Gathering(合并)

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文章来源:https://blog.csdn.net/weixin_39384775/article/details/135545820
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