java NIO原理及实例

 

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~~~~^_^

 

2、NIO中的重要概念 通道、缓冲区、选择器

　　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。

　　选择器：相当于一个观察者，用来监听通道感兴趣的事件，一个选择器可以绑定多个通道；

 　　通道向选择器注册时，需要指定感兴趣的事件，选择器支持以下事件：

• • SelectionKey.OP_CONNECT
  • SelectionKey.OP_ACCEPT
  • SelectionKey.OP_READ
  • SelectionKey.OP_WRITE　　

 　　如果你对不止一种事件感兴趣，那么可以用“位或”操作符将常量连接起来，如下：

　　　　 int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE; 

 　　通道向选择器注册时，会返回一个 SelectionKey对象，具有如下属性

• • interest集合
  • ready集合　　
  • Channel　　
  • Selector
  • 附加的对象（可选）　　

　　用“位与”操作interest 集合和给定的SelectionKey常量，可以确定某个确定的事件是否在interest 集合中。

int interestSet = selectionKey.interestOps();  
 
boolean isInterestedInAccept  = interestSet & SelectionKey.OP_ACCEPT;
boolean isInterestedInConnect = interestSet & SelectionKey.OP_CONNECT;  
boolean isInterestedInRead    = interestSet & SelectionKey.OP_READ;  
boolean isInterestedInWrite   = interestSet & SelectionKey.OP_WRITE;  

　　ready 集合是通道已经准备就绪的操作的集合。在一次选择(Selection)之后，你会首先访问这个ready set。Selection将在下一小节进行解释。可以这样访问ready集合： 
　　int readySet = selectionKey.readyOps(); 

 　　也可以使用以下四个方法获取已就绪事件，返回值为boolean：

selectionKey.isAcceptable();  
selectionKey.isConnectable();  
selectionKey.isReadable();  
selectionKey.isWritable();  

 　　可以将一个对象或者更多信息附着到SelectionKey上，即记录在附加对象上，方法如下：

selectionKey.attach(theObject);  
Object attachedObj = selectionKey.attachment();  

 　　可以通过选择器的select方法获取是否有就绪的通道；

• int select()　　
• int select(long timeout)　　
• int selectNow()

　　返回值表示上次执行select之后，就绪通道的个数。　

　　可以通过selectedKeySet获取已就绪的通道。返回值是SelectionKey 的集合，处理完相应的通道之后，需要removed 因为Selector不会自己removed

 

　　select阻塞后，可以用wakeup唤醒；执行wakeup时，如果没有阻塞的select  那么执行完wakeup后下一个执行select就会立即返回。

　　调用close() 方法关闭selector

 下面是一个简单的实例代码，帮助理解上面的内容：

 

 

 

其中 testNioServer()方法，是启动NIO服务器端；

testBioServer()方法是启动BIO服务器端

testConnect()是BIO的一个连接

基于NIO实现的时钟服务器：http://www.cnblogs.com/tengpan-cn/p/6529628.html

 

 

一篇写的比较详细的JAVA NIO的文章：http://www.iteye.com/magazines/132-Java-NIO