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

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