java十分钟速懂知识点——NIO
一、引子
nio是java的IO框架里边十分重要的一部分内容，其最核心的就是提供了非阻塞IO的处理方式，最典型的应用场景就是处理网络连接。很多同学提起nio都能说起一二，但是细究其背后的原理、思想往往就开始背书，说来说去都是那么几句，其中不少人并不见的真的很理解。本人之前就属于此类，看了很多书和博客，但是大多数都只是讲了三件套和怎么使用，很少会很细致的讲背后的思想，那本次我们就来扒一扒吧。
很多博客描述nio都是这么说的：基于Reactor模式实现的多路非阻塞高性能的网络IO。那么我们就从这个定义来分析，其中两个关键点：多路非阻塞和Reactor模式。(本来想把高性能也算进去，但是后来想想这个应该算前两者的结果)下边我们来分别搞懂这两块。
二、网络IO模型
多路非阻塞其实准确的名字叫做IO多路复用模型，其是linux五种网络模型之一，也是当前网络编程最常使用的模型之一。至于详细的介绍请参考博客：高性能IO模型浅析(这个里边只给出了4中，没有信号驱动IO，但讲的很赞，特别是图)，这里仅作简要介绍和对比：
- 阻塞IO：java中老的bio便是这种模式，在接到事件（数据到达、数据拷贝完成等）前程序需阻塞等待。优点是编码简单，缺点是效率低，处理程序阻塞会导致cpu利用率很低。
- 非阻塞IO：在未接到事件时处理程序一直主动轮询，这样处理程序无需阻塞，可以在轮询间歇去干别的，但是轮询会造成重复请求，同样浪费资源。以前java中实现的的伪异步模式就是采用这种思想。
- IO复用模型：增加了对socket的事件监听器(selector)，从而把处理程序和对应的socket事件解耦，所用的socket连接都注册在监听器，在等待阶段只有监听器会阻塞，处理线程从监听器获取事件对socket连接处理即可，而且一个处理线程可以对应多个连接（前两种一般都是一个socket连接起一个线程，这就是为什么叫复用），有点是节省资源，由于处理程序能够被多个连接复用，因此少数的线程就能处理大量连接。缺点同样因为复用，如果是大量费时处理的连接（如大量连接上传大文件），很容易造成线程占满而导致新连接失败。
- 信号驱动IO模型：在数据准别阶段无需阻塞，只需向系统注册一个信号，在数据准备好后，系统会响应该信号。该模型依赖于系统实现，而且信号通信使用比较麻烦，因此java中未有对应实现。
- 异步IO：与信号驱动IO很类似，而且在数据拷贝阶段(指数据从系统缓冲区拷贝至程序自己的缓冲区，其他模型改阶段程序都需要阻塞等待)同样可以异步处理。有点不必多说，效率很高，缺点是依赖系统底层实现。目前很多语言都提供该模型的实现，jdk1.7之后同样在concurrent包中提供了。
对比以上五种模型可以知道，IO复用模型从效率和实现成本综合而言目前是比较好的选择，这就是java基于该模型实现nio的根本原因。上边提到了IO复用模型的实现思想，其实这种思想在其他语言中早已实现(如C++中据说流弊哄哄超10w行代码的ACE,自适配通信环境，就采用了该模型)，并且提出了一个叫Reactor的设计模式。
三、Reactor模式
Reactor模式，翻译过来叫做反引器模式，其目的是在事件驱动的应用中，将一个请求的能够分离并且调度给应用程序。我相信大多数人都没看明白前一句的意思（书还是要背的），说白了就是对于一个请求的多个事件（如连接、读写等），经过这种模式的处理，能够区分出来，并且分别交给对应的处理模块处理。废话不多说，来看下一个简图：
四、NIO
- channel：管道，可以看做对流的封装，有点像pipe，不过其是全双工的。其好处是屏蔽了底层细节，不用关心流对应的是文件还是网络，也不用关心连接怎么处理的，而且全双工，不用考虑输入流或输出流，你只用使用buffer对其进行读写就行了。
- buffer：channel的好基友，底层就是个字节数组，不同的是对其进行了封装，不仅提供了对基本类型的支持，而且内部维持了读写位置(postion、limit、capacity、mark等)，还提供了便捷的方法(clear、flip)。对channel的读写必须通过buffer。
- selector：这个不多说了，如果前边认真看基本上就明白干啥的，就是Reactor模式中Acceptor的实现。
再来看个简图吧：
基本上和Reactor能对应上，少了个dispatcher，这是由于jdk本身提供的nio比较基本，dispatcher一般都由我们自己实现，而在我理解中，mina、netty这些框架很重要的一方面也是提供了该部分的实现。
五、一个例子
从《netty权威指南》上抄了个例子以及配图，而且代码没有客户端的，大家可以瞄一眼吧（为什么没有？因为已经快一点了，我不想写了......）:
服务器端时序图：
客户端时序图：
服务器端代码：
package com.gj.netty.nio; import java.io.IOException; import java.net.InetSocketAddress; import java.nio.channels.SelectionKey; import java.nio.channels.Selector; import java.nio.channels.ServerSocketChannel; import java.util.Iterator; import java.util.Set; /** * Created by guojing on 2015/6/7. */ public class MultiplexerTimerServer implements Runnable { private Selector selector; private ServerSocketChannel servChannel; private volatile boolean stop; public MultiplexerTimerServer(int port) { try { selector = Selector.open(); //新建多路复用selector servChannel = ServerSocketChannel.open(); //新建channel servChannel.configureBlocking(false); //设置非阻塞 servChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(port),1024); //端口、块大小 servChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); System.out.println("TimeServer is start, port:" + port); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } public void run() { while (!stop){ try { selector.select(1000); Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys(); Iterator<SelectionKey> ketIt = keys.iterator(); SelectionKey key = null; while (ketIt.hasNext()){ key = ketIt.next(); ketIt.remove(); //处理对应key事件 handler(key); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } } private void handler(SelectionKey key){ //根据key去除channel做对应处理 } }
六、最后一点啰嗦
我想如果这会儿还有人记得标题一定会骂我了，丫的十分钟个屁啊，认真看完至少待半个小时。这个我只能说如果你之前已经理解了，那么画个10分钟瞟一眼无所谓的，如果以前没理解，如果本文能让你有了更好的理解，那么花多少时间更无所谓了，要知道懂了java的nio是量的积累，了解了其背后的思想和原理是质的积累。而且，我明明计划半小时写完的，这会已经2个多小时过去了......
