JAVA网络编程 IO NIO Netty

基本概念

同步与异步： AB顺序执行 AB同时执行

阻塞与非阻塞：阻塞指线程处于阻塞状态时无法从事其他任务，只有条件就绪就行比如ServerSocket新连接建立完毕，或者数据读取、写入操作完成；非阻塞则是不管IO操作是否结束，直接返回

我们熟悉的File 输入输出流交互方式是同步、阻塞的方式；

IO 同步阻塞

代码简单效率差

Socket、ServerSocket、HttpURLConnection 也归类到同步阻塞 IO 类库，因为网络通信同样是 IO 行为；是input和output流

NIO 同步非阻塞

Channel（通道）、Buffer（缓冲区）、Selector（选择器）

Channel

双向可读可写流是单向
支持异步读写
必须通过Buffer操作

Buffer

channel通过buffer操作数据
NIO读写数据的中转池

使用 Buffer 读写数据一般遵循以下四个步骤：

1.写入数据到 Buffer；

2.调用 flip() 方法；buffer写切换到读

3.从 Buffer 中读取数据；

4.调用 clear() 清空Buffer方法或者 compact() 清空已读数据方法，任何未读的数据都被移到缓冲区的起始处，新写入的数据将放到缓冲区未读数据的后面。

示例：

public static void copyFileUseNIO(String src,String dst) throws IOException{
//声明源文件和目标文件
        FileInputStream fi=new FileInputStream(new File(src));
        FileOutputStream fo=new FileOutputStream(new File(dst));
        //获得传输通道channel
        FileChannel inChannel=fi.getChannel();
        FileChannel outChannel=fo.getChannel();
        //获得容器buffer
        ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(1024);
        while(true){
            //判断是否读完文件
            int eof =inChannel.read(buffer);
            if(eof==-1){
                break;  
            }
            //重设一下buffer的position=0，limit=position
            buffer.flip();
            //开始写
            outChannel.write(buffer);
            //写完要重置buffer，重设position=0,limit=capacity
            buffer.clear();
        }
        inChannel.close();
        outChannel.close();
        fi.close();
        fo.close();
}

Selector

线程上下文切换开销会在高并发时变得很明显，这是同步阻塞方式的低扩展性劣势

Selector是一个对象
可以注册到多个Channel上，监听channel上发生的事件，决定channel的读写；这样就可以通过一个Selector管理多Channel，处理大量的网络连接
一个线程处理所有的Channel
节约线程之间的切换对操作系统来说代价是很高

主要步骤和元素：

首先，通过 Selector.open() 创建一个 Selector，作为类似调度员的角色。
然后，创建一个 ServerSocketChannel，并且向 Selector 注册，通过指定 SelectionKey.OP_ACCEPT，告诉调度员，它关注的是新的连接请求。
注意，为什么我们要明确配置非阻塞模式呢？这是因为阻塞模式下，注册操作是不允许的，会抛出 IllegalBlockingModeException 异常。
Selector 阻塞在 select 操作，当有 Channel 发生接入请求，就会被唤醒。
在具体的方法中，通过 SocketChannel 和 Buffer 进行数据操作

IO 都是同步阻塞模式，所以需要多线程以实现多任务处理。而 NIO 则是利用了单线程轮询事件的机制，通过高效地定位就绪的 Channel，来决定做什么，仅仅 select 阶段是阻塞的，可以有效避免大量客户端连接时，频繁线程切换带来的问题，应用的扩展能力有了非常大的提高

AIO

AIO编程中，发出一个事件（accept read write等）之后要指定事件处理类（回调函数）

Netty

基础通信组件服务间的数据通信

完全可以基于Netty来实现自己的HTTP服务器，FTP服务器，UDP服务器，RPC服务器，WebSocket服务器，Redis的Proxy服务器，MySQL的Proxy服务器等等

Netty特点

高并发基于NIO同步非阻塞并发性能得到了很大提高
传输好以来零拷贝特性减少不必要的内存拷贝
封装好实现了NIO操作的很多细节方便调用
内存池设计：申请的内存可以重用，主要指直接内存。内部实现是用一颗二叉查找树管理内存分配情况
串形化处理读写：避免使用锁带来的性能开销。
高性能序列化协议：支持 protobuf 等高性能序列化协议。
统一API 适用不同的协议

Netty原理分析

TODO

posted @ 2022-05-08 18:28 AlbertXe 阅读(28) 评论(0) 编辑收藏举报

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