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java核心技术-NIO

1、reactor(反应器)模式

  使用单线程模拟多线程,提高资源利用率和程序的效率,增加系统吞吐量。下面例子比较形象的说明了什么是反应器模式:

  一个老板经营一个饭店,

  传统模式 - 来一个客人安排一个服务员招呼,客人很满意;(相当于一个连接一个线程)

  后来客人越来越多,需要的服务员越来越多,资源条件不足以再请更多的服务员了,传统模式已经不能满足需求。老板之所以为老板自然有过人之处,老板发现,服务员在为客人服务时,当客人点菜的时候,服务员基本处于等待状态,(阻塞线程,不做事)。

  于是乎就让服务员在客人点菜的时候,去为其他客人服务,当客人菜点好后再招呼服务员即可。 --反应器(reactor)模式诞生了

  饭店的生意红红火火,几个服务员就足以支撑大量的客流量,老板用有限的资源赚了更多的money~~~~_

 通道:类似于流,但是可以异步读写数据(流只能同步读写),通道是双向的,(流是单向的),通道的数据总是要先读到一个buffer 或者 从一个buffer写入,即通道与buffer进行数据交互。

  

通道类型:  

FileChannel:从文件中读写数据。  DatagramChannel:能通过UDP读写网络中的数据。  SocketChannel:能通过TCP读写网络中的数据。  ServerSocketChannel:可以监听新进来的TCP连接,像Web服务器那样。对每一个新进来的连接都会创建一个SocketChannel。  

 - FileChannel比较特殊,它可以与通道进行数据交互, 不能切换到非阻塞模式,套接字通道可以切换到非阻塞模式;

缓冲区 - 本质上是一块可以存储数据的内存,被封装成了buffer对象而已!

  

缓冲区类型:

ByteBuffer  MappedByteBuffer  CharBuffer  DoubleBuffer  FloatBuffer  IntBuffer  LongBuffer  ShortBuffer  

常用方法:

allocate() - 分配一块缓冲区  put() - 向缓冲区写数据get() - 向缓冲区读数据  filp() - 将缓冲区从写模式切换到读模式  clear() - 从读模式切换到写模式,不会清空数据,但后续写数据会覆盖原来的数据,即使有部分数据没有读,也会被遗忘;  compact() - 从读数据切换到写模式,数据不会被清空,会将所有未读的数据copy到缓冲区头部,后续写数据不会覆盖,而是在这些数据之后写数据mark() - 对position做出标记,配合reset使用reset() - 将position置为标记值    

缓冲区的一些属性:

capacity - 缓冲区大小,无论是读模式还是写模式,此属性值不会变;

position - 写数据时,position表示当前写的位置,每写一个数据,会向下移动一个数据单元,初始为0;最大为capacity - 1,切换到读模式时,position会被置为0,表示当前读的位置

limit - 写模式下,limit 相当于capacity 表示最多可以写多少数据,切换到读模式时,limit 等于原先的position,表示最多可以读多少数据。

非直接缓冲区:通过allocate() 方法 分配缓冲区,将缓冲区建立在JVM内存中

直接缓冲区:通过allocateDirect() 方法直接缓冲区 将缓冲区建立在物理内存中

2.1 关于缓冲区各个属性的测试

String str = "abcde";//1. 分配一个指定大小的缓冲区ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);System.out.println("--------------allocate()----------------");System.out.println(buf.position());//0System.out.println(buf.limit());//1024System.out.println(buf.capacity());//1024//2. 利用put存入数据到缓冲区中去buf.put(str.getBytes());System.out.println("----------------put()-------------------");System.out.println(buf.position());//5System.out.println(buf.limit());//1024System.out.println(buf.capacity());//1024//3. 切换到读取模式buf.flip();System.out.println("----------------flip()------------------");System.out.println(buf.position());//0System.out.println(buf.limit());//5System.out.println(buf.capacity());//1024//4. 利用get() 读取缓冲区中的数据byte[] dst = new byte[buf.limit()];buf.get(dst);System.out.println(new String(dst,0,dst.length));System.out.println("----------------get()------------------");System.out.println(buf.position());//5System.out.println(buf.limit());//5System.out.println(buf.capacity());//1024//5.可重复读buf.rewind();System.out.println("----------------rewind()------------------");System.out.println(buf.position());//0System.out.println(buf.limit());//5System.out.println(buf.capacity());//1024//6.clear(): 清空缓冲区, 但是缓冲区的数据依然存在, 但是处于被遗忘的状态buf.clear();System.out.println("----------------clear()-------------------");System.out.println(buf.position());//0System.out.println(buf.limit());//1024System.out.println(buf.capacity());//1024byte[] newByte = new byte[buf.limit()];buf.get(newByte);System.out.println(new String(newByte,0,newByte.length));

2.2 关于通道的使用

1.利用通道进行 文件的复制 非直接缓冲区

FileInputStream fis = null;FileOutputStream fos = null;FileChannel inChannel = null;FileChannel outChannel = null;try {fis = new FileInputStream("1.jpg");fos = new FileOutputStream("2.jpg");// ①获取通道inChannel = fis.getChannel();outChannel = fos.getChannel();// ②将通道中的数据存入缓冲区ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);// 将通道中的数据存入缓冲区while (inChannel.read(byteBuffer) != -1) {byteBuffer.flip(); // 切换读取数据的模式outChannel.write(byteBuffer);byteBuffer.clear();}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} finally {if (inChannel != null) {try {inChannel.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}if (outChannel != null) {try {outChannel.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}if (fis != null) {try {fis.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}if (fos != null) {try {fos.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}

2.通道之间的传输

CREATE_NEW:如果文件不存在就创建,存在就报错

CREATE:如果文件不存在就创建,存在创建(覆盖)

FileChannel inChannel = null;FileChannel outChannel = null;try {inChannel = FileChannel.open(Paths.get("hello.txt"), StandardOpenOption.READ);outChannel = FileChannel.open(Paths.get("hello2.txt"), StandardOpenOption.READ,StandardOpenOption.WRITE,StandardOpenOption.CREATE_NEW);inChannel.transferTo(0, inChannel.size(), outChannel);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {if(inChannel != null){try {inChannel.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}if(outChannel != null){try {outChannel.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}

3. 使用直接缓冲区完成内存文件的复制

FileChannel inChannel = null;FileChannel outChannel = null;try {inChannel = FileChannel.open(Paths.get("1.jpg"), StandardOpenOption.READ);outChannel = FileChannel.open(Paths.get("x.jpg"), StandardOpenOption.READ,StandardOpenOption.WRITE,StandardOpenOption.CREATE_NEW);MappedByteBuffer inMappedBuffer = inChannel.map(MapMode.READ_ONLY, 0, inChannel.size());MappedByteBuffer outMappedBuffer = outChannel.map(MapMode.READ_WRITE, 0, inChannel.size());System.out.println(inMappedBuffer.limit());byte[] b = new byte[inMappedBuffer.limit()];;inMappedBuffer.get(b);outMappedBuffer.put(b);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {if(inChannel != null){try {inChannel.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}if(outChannel != null){try {outChannel.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}

2.3 重点 NIO-非阻塞IO

个人认为 NIO 最难的两点 一个是对于选择器和选择键的理解 其次是对于网络通信模型的理解

本章内容以防过长 只讲解 NIO 的使用方法 上述两点参看下回分解

阻塞IO示例:

//客户端@Testpublic void client() throws IOException{SocketChannel sChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 9898));FileChannel inChannel = FileChannel.open(Paths.get("1.jpg"), StandardOpenOption.READ);ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);while(inChannel.read(buf) != -1){buf.flip();sChannel.write(buf);buf.clear();}sChannel.shutdownOutput();//接收服务端的反馈int len = 0;while((len = sChannel.read(buf)) != -1){buf.flip();System.out.println(new String(buf.array(), 0, len));buf.clear();}inChannel.close();sChannel.close();}//服务端@Testpublic void server() throws IOException{ServerSocketChannel ssChannel = ServerSocketChannel.open();FileChannel outChannel = FileChannel.open(Paths.get("2.jpg"), StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.CREATE);ssChannel.bind(new InetSocketAddress(9898));SocketChannel sChannel = ssChannel.accept();ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);while(sChannel.read(buf) != -1){buf.flip();outChannel.write(buf);buf.clear();}//发送反馈给客户端buf.put("服务端接收数据成功".getBytes());buf.flip();sChannel.write(buf);sChannel.close();outChannel.close();ssChannel.close();}

非阻塞IO示例-TCP:

//客户端@Testpublic void client() throws IOException{//1. 获取通道SocketChannel sChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 9898));//2. 切换非阻塞模式sChannel.configureBlocking(false);//3. 分配指定大小的缓冲区ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);//4. 发送数据给服务端Scanner scan = new Scanner(System.in);while(scan.hasNext()){String str = scan.next();buf.put((new Date().toString() + "" + str).getBytes());buf.flip();sChannel.write(buf);buf.clear();}//5. 关闭通道sChannel.close();}//服务端@Testpublic void server() throws IOException{//1. 获取通道ServerSocketChannel ssChannel = ServerSocketChannel.open();//2. 切换非阻塞模式ssChannel.configureBlocking(false);//3. 绑定连接ssChannel.bind(new InetSocketAddress(9898));//4. 获取选择器Selector selector = Selector.open();//5. 将通道注册到选择器上, 并且指定“监听接收事件”ssChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);//6. 轮询式的获取选择器上已经“准备就绪”的事件while(selector.select() > 0){//7. 获取当前选择器中所有注册的“选择键(已就绪的监听事件)”Iterator<SelectionKey> it = selector.selectedKeys().iterator();while(it.hasNext()){//8. 获取准备“就绪”的是事件SelectionKey sk = it.next();//9. 判断具体是什么事件准备就绪if(sk.isAcceptable()){//10. 若“接收就绪”,获取客户端连接SocketChannel sChannel = ssChannel.accept();//11. 切换非阻塞模式sChannel.configureBlocking(false);//12. 将该通道注册到选择器上sChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);}else if(sk.isReadable()){//13. 获取当前选择器上“读就绪”状态的通道SocketChannel sChannel = (SocketChannel) sk.channel();//14. 读取数据ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);int len = 0;while((len = sChannel.read(buf)) > 0 ){buf.flip();System.out.println(new String(buf.array(), 0, len));buf.clear();}}//15. 取消选择键 SelectionKeyit.remove();}}}

非阻塞IO示例-UDP:

@Testpublic void send() throws IOException{DatagramChannel dc = DatagramChannel.open();dc.configureBlocking(false);ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);Scanner scan = new Scanner(System.in);while(scan.hasNext()){String str = scan.next();buf.put((new Date().toString() + ":" + str).getBytes());buf.flip();dc.send(buf, new InetSocketAddress("127.0.0.1", 9898));buf.clear();}dc.close();}@Testpublic void receive() throws IOException{DatagramChannel dc = DatagramChannel.open();dc.configureBlocking(false);dc.bind(new InetSocketAddress(9898));Selector selector = Selector.open();dc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);while(selector.select() > 0){Iterator<SelectionKey> it = selector.selectedKeys().iterator();while(it.hasNext()){SelectionKey sk = it.next();if(sk.isReadable()){ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);dc.receive(buf);buf.flip();System.out.println(new String(buf.array(), 0, buf.limit()));buf.clear();}}it.remove();}}

欢迎阅读本文章: 黄小军

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