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JavaNIO原理图文分析及代码实现

发布时间:2021-01-21 05:23:20 阅读: 来源:胶条厂家

前言:

最近在分析hadoop的RPC(Remote Procedure Call Protocol ,远程过程调用协议,它是一种通过网络从远程计算机程序上请求服务,而不需要了解底层网络技术的协议。可以参考: )机制时,发现hadoop的RPC机制的实现主要用到了两个技术:动态代理(动态代理可以参考博客: )和java NIO。为了能够正确地分析hadoop的RPC源码,我觉得很有必要先研究一下java NIO的原理和具体实现。

这篇博客我主要从两个方向来分析java NIO

目录:

一.java NIO 和阻塞I/O的区别

阻塞I/O通信模型

java NIO原理及通信模型

二.java NIO服务端和客户端代码实现

具体分析:

一.java NIO 和阻塞I/O的区别

1. 阻塞I/O通信模型

假如现在你对阻塞I/O已有了一定了解,我们知道阻塞I/O在调用ad()方法时是阻塞的,它会一直等到数据到来时(或超时)才会返回;同样,在调用cept()方法时,也会一直阻塞到有客户端连接才会返回,每个客户端连接过来后,服务端都会启动一个线程去处理该客户端的请求。阻塞I/O的通信模型示意图如下:

如果你细细分析,一定会发现阻塞I/O存在一些缺点。根据阻塞I/O通信模型,我总结了它的两点缺点:

当客户端多时,会创建大量的处理线程。且每个线程都要占用栈空间和一些CPU时间

阻塞可能带来频繁的上下文切换,且大部分上下文切换可能是无意义的。

在这种情况下非阻塞式I/O就有了它的应用前景。

2. java NIO原理及通信模型

Java NIO是在jdk1.4开始使用的,它既可以说成“新I/O”,也可以说成非阻塞式I/O。下面是java NIO的工作原理:

由一个专门的线程来处理所有的 IO 事件,并负责分发。

事件驱动机制:事件到的时候触发,而不是同步的去监视事件。

线程通讯:线程之间通过 wait,notify 等方式通讯。保证每次上下文切换都是有意义的。减少无谓的线程切换。

阅读过一些资料之后,下面贴出我理解的java NIO的工作原理图:

(注:每个线程的处理流程大概都是读取数据、解码、计算处理、编码、发送响应。)

Java NIO的服务端只需启动一个专门的线程来处理所有的 IO 事件,这种通信模型是怎么实现的呢?呵呵,我们一起来探究它的奥秘吧。java NIO采用了双向通道(channel)进行数据传输,而不是单向的流(stream),在通道上可以注册我们感兴趣的事件。一共有以下四种事件:

事件名对应值

服务端接收客户端连接事件_ACCEPT(16)

客户端连接服务端事件_CONNECT(8)

读事件_READ(1)

写事件_WRITE(4)

服务端和客户端各自维护一个管理通道的对象,我们称之为selector,该对象能检测一个或多个通道 (channel) 上的事件。我们以服务端为例,如果服务端的selector上注册了读事件,某时刻客户端给服务端发送了一些数据,阻塞I/O这时会调用read()方法阻塞地读取数据,而NIO的服务端会在selector中添加一个读事件。服务端的处理线程会轮询地访问selector,如果访问selector时发现有感兴趣的事件到达,则处理这些事件,如果没有感兴趣的事件到达,则处理线程会一直阻塞直到感兴趣的事件到达为止。下面是我理解的java NIO的通信模型示意图:

二.java NIO服务端和客户端代码实现

为了更好地理解java NIO,下面贴出服务端和客户端的简单代码实现。

服务端:

package o;

import Exception;

import etSocketAddress;

import teBuffer;

import lectionKey;

import lector;

import rverSocketChannel;

import cketChannel;

import erator;

/**

* NIO服务端

* @author 小路

*/

public class NIOServer {

//通道管理器

private Selector selector;

/**

* 获得一个ServerSocket通道,并对该通道做一些初始化的工作

* @param port 绑定的端口号

* @throws IOException

*/

public void initServer(int port) throws IOException {

// 获得一个ServerSocket通道

ServerSocketChannel serverChannel = en();

// 设置通道为非阻塞

nfigureBlocking(false);

// 将该通道对应的ServerSocket绑定到port端口

cket().bind(new InetSocketAddress(port));

// 获得一个通道管理器

lector = en();

//将通道管理器和该通道绑定,并为该通道注册_ACCEPT事件,注册该事件后,

//当该事件到达时,lect()会返回,如果该事件没到达lect()会一直阻塞。

gister(selector, _ACCEPT);

}

/**

* 采用轮询的方式监听selector上是否有需要处理的事件,如果有,则进行处理

* @throws IOException

*/

@SuppressWarnings("unchecked")

public void listen() throws IOException {

intln("服务端启动成功!");

// 轮询访问selector

while (true) {

//当注册的事件到达时,方法返回;否则,该方法会一直阻塞

lect();

// 获得selector中选中的项的迭代器,选中的项为注册的事件

Iterator ite = lectedKeys().iterator();

while (sNext()) {

SelectionKey key = (SelectionKey) xt();

// 删除已选的key,以防重复处理

move();

// 客户端请求连接事件

if (Acceptable()) {

ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key

.channel();

// 获得和客户端连接的通道

SocketChannel channel = cept();

// 设置成非阻塞

nfigureBlocking(false);

//在这里可以给客户端发送信息哦

ite(ap(new String("向客户端发送了一条信息").getBytes()));

//在和客户端连接成功之后,为了可以接收到客户端的信息,需要给通道设置读的权限。

gister(lector, _READ);

// 获得了可读的事件

} else if (Readable()) {

read(key);

}

}

}

}

/**

* 处理读取客户端发来的信息 的事件

* @param key

* @throws IOException

*/

public void read(SelectionKey key) throws IOException{

// 服务器可读取消息:得到事件发生的Socket通道

SocketChannel channel = (SocketChannel) annel();

// 创建读取的缓冲区

ByteBuffer buffer = locate(10);

ad(buffer);

byte[] data = ray();

String msg = new String(data).trim();

intln("服务端收到信息:"+msg);

ByteBuffer outBuffer = ap(tBytes());

ite(outBuffer);// 将消息回送给客户端

}

/**

* 启动服务端测试

* @throws IOException

*/

public static void main(String[] args) throws IOException {

NIOServer server = new NIOServer();

itServer(8000);

sten();

}

}

客户端:

package o; import Exception; import etSocketAddress; import teBuffer; import lectionKey; import lector; import cketChannel; import erator; /** * NIO客户端 * @author 小路 */ public class NIOClient { //通道管理器 private Selector selector; /** * 获得一个Socket通道,并对该通道做一些初始化的工作 * @param ip 连接的服务器的ip * @param port 连接的服务器的端口号 * @throws IOException */ public void initClient(String ip,int port) throws IOException { // 获得一个Socket通道 SocketChannel channel = en(); // 设置通道为非阻塞 nfigureBlocking(false); // 获得一个通道管理器 lector = en(); // 客户端连接服务器,其实方法执行并没有实现连接,需要在listen()方法中调 //用nishConnect();才能完成连接 nnect(new InetSocketAddress(ip,port)); //将通道管理器和该通道绑定,并为该通道注册_CONNECT事件。 gister(selector, _CONNECT); } /** * 采用轮询的方式监听selector上是否有需要处理的事件,如果有,则进行处理 * @throws IOException */ @SuppressWarnings("unchecked") public void listen() throws IOException { // 轮询访问selector while (true) { // 选择一组可以进行I/O操作的事件,放在selector中,客户端的该方法不会阻塞, //这里和服务端的方法不一样,查看api注释可以知道,当至少一个通道被选中时, //selector的wakeup方法被调用,方法返回,而对于客户端来说,通道一直是被选中的 lect(); // 获得selector中选中的项的迭代器 Iterator ite = lectedKeys().iterator(); while (sNext()) { SelectionKey key = (SelectionKey) xt(); // 删除已选的key,以防重复处理 move(); // 连接事件发生 if (Connectable()) { SocketChannel channel = (SocketChannel) key .channel(); // 如果正在连接,则完成连接 if(ConnectionPending()){ nishConnect(); } // 设置成非阻塞 nfigureBlocking(false); //在这里可以给服务端发送信息哦 ite(ap(new String("向服务端发送了一条信息").getBytes())); //在和服务端连接成功之后,为了可以接收到服务端的信息,需要给通道设置读的权限。 gister(lector, _READ); // 获得了可读的事件 } else if (Readable()) { read(key); } } } } /** * 处理读取服务端发来的信息 的事件 * @param key * @throws IOException */ public void read(SelectionKey key) throws IOException{ //和服务端的read方法一样 } /** * 启动客户端测试 * @throws IOException */ public static void main(String[] args) throws IOException { NIOClient client = new NIOClient(); itClient("localhost",8000); sten(); } }

小 结:

终于把动态代理和java NIO分析完了,呵呵,下面就要分析hadoop的RPC机制源码了。不过如果对java NIO的理解存在异议的,欢迎一起讨论。

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