java-NIO编程和线程池
ByteBuffer
----------------
1.介绍
字节缓冲区，内部封装的是数组。
[属性]
a)capacity
容量，缓冲区的总大小。
b)position
位置，当前指针的位置。数组的下标值。
c)limit
限制，对缓冲区使用的限制，前n个可以使用的元素个数，
也可以理解为第一个不能使用的元素下标值,默认是容量。
d)mark
对当前的指针位置进行标记，方便后来进行reset重置指针。
e)remain
剩余的空间，limit - position.
f)原则
0 <= mark <= position <= limit <= capacity
2.方法
buf.limit() //get
buf.limit(int n) //set
buf.position() //get
buf.position(int n) //set
buf.mark() //当前位置,
buf.remaining() //limit - position
buf.hasRemaining() //判断是否还有可用空间
buf.clear() //清空，pos = 0 , limit = capacity , mark = -1 ,
//缓冲区归位。
buf.flip() //拍板，limit = position , position = 0 ; mark = -1
//
NIO ------------ 1、传统IO 传统IO是阻塞模式，处理并发的时候，需要启动多个线程， cpu需要在多线程上下文之间进行频繁切换，而大多数线程通 常处于阻塞状态，导致CPU资源利用底下。 2、New IO 非阻塞，传统IO是阻塞模式，不需要启动大量线程，通常结合 线程池能够实现高并发编程。 3、零拷贝 常规拷贝文件需要经过四次数据交换，分别是 （1）从disk到系统空间， （2）从系统空间到用户空间， （3）用户空间到系统空间， （4）系统空间到目标设备的缓冲区。 零拷贝是将磁盘文件复制系统内核，从系统内核直接输出数据到 目标设备缓冲区。 java的FileChannel.transfer()可以实现零拷贝。 零拷贝有个2G文件大小限制。 5、虚拟内存 FileChannel.map()方法可以将磁盘文件的特定区域映射到内存， 直接操纵内存缓冲区时，速度更快，而且最终数据会按照自己的 设定同步到磁盘，这个磁盘写入过程不需要我们处理。 映射模式有三种： a、read-only 对缓冲区只能读，写入出异常 b、read-write 能读能写，最终缓冲区数据会进入到文件中。 c、private 可以写入数据到缓冲区，但不能传播到磁盘，并且对其程序不可见。 该模式通话用于从磁盘文件加载数据到内存完成初始化工作，但不 将缓冲区数据写回到磁盘文件中。 e、编程实现 import java.io.FileInputStream; import java.io.FileNotFoundException; import java.io.RandomAccessFile; import java.nio.MappedByteBuffer; import java.nio.channels.FileChannel; /** * 使用NIO实现虚拟内存 */ public class TestVirtualMemory { public static void main(String[] args) throws Exception { RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile("d:/1.txt" , "rw") ; FileChannel fc = raf.getChannel() ; MappedByteBuffer buf = fc.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE , 1 , 9) ; // buf.put(4 , (byte)'Y') ; char c = (char)buf.get(1); System.out.println(c); for(int i = 0 ; i < 9 ; i ++){ buf.put(i ,(byte)(97 + i)) ; } fc.close(); } } 工作模式 ---------------- 1、单工 消息只能向一方传递。 2、双工 消息可以双向传递。 半双工 ：同一时刻只能向一方传输。 全双工 : 同一时刻可以向两方传输。 Socket下NIO编程 ---------------- 1、介绍 编程思路和传统的socket编程大致相同，但引进了新的概念就是Channel。 ServerSocket对应的ServerSocketChannel，Socket对应SocketChannel。 先开启服务器通道，让后绑定到特定的端口上，在开启client端通道，并 将客户端通道连接到服务器通道。 java的NIO的socket编程可以工作在阻塞和非阻塞模式下，默认是阻塞的。 通过ServerSocketChannel.configureBlocking(false) 配置成非阻塞。 2、ServerSocketChannel工作流程 a、开启ServerSocketChannel b、设置阻塞模式 c、绑定到特定端口 d、开启挑选器 e、在挑选器中注册服务器通道，需要指定感兴趣事件（accept） 感兴趣事件有四中 1、op_accept 2、op_connect 对应的方法isConnectable()，在客户端判断该方法，并 通过finishConnect()方法来完成连接。 3、op_read 4、op_write f、挑选器循环挑选 g、取得挑选器内部的挑选集合 h、处理每个key 3、SocketChannel.finishConnect()方法 客户端socket封装的channel，其有finishConnect()方法， 该方法完成通道的连接过程。 非阻塞连接通过设置通道为非阻塞模式以及调用connect()方法来 完成初始化。一旦连接建立或连接尝试失败，socketchannel都会变 成connectable状态，就可以调用该方法完成连接序列。如果连接操作 失败，该方法就会抛出相应异常。 如果连接已经建立，该方法不阻塞，而是立刻返回true。如果通道工作在 非阻塞模式下而连接过程尚未完成，则该方法返回false。如果通道工作在 阻塞模式下，该方法便会阻塞直到完成或失败，最终要么返回true，要么抛 出异常。 调用读写时等待连接完成。 注意，客户端套接字通道调用该方法， 4、selector中的内部集合 内部维护了三个集合: 1、key set 包含了注册的所有通道对应的key，keys()返回所有注册的key。 selector.keys() 2、selected-key set 挑选出来的key的集合，在自身已经发生了至少一个感兴趣事件通道 所对应的key，selectedKeys()方法返回该集合，该集合是（1）的子集。 select.selectedKeys() 3、cancelled-key key被撤销但所对应通道尚未注销的key集合，该集合无法直接访问，也是 key set的子集。 select.cancel(key); 3、编程实现 [服务器端] package com.oldboy.java.nio; import java.io.ByteArrayOutputStream; import java.io.IOException; import java.net.InetSocketAddress; import java.nio.ByteBuffer; import java.nio.channels.SelectionKey; import java.nio.channels.Selector; import java.nio.channels.ServerSocketChannel; import java.nio.channels.SocketChannel; import java.util.Iterator; import java.util.Set; /** * 服务器端 */ public class MyServer { public static void main(String[] args) throws Exception { //开启服务器通道 ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open(); //配置非阻塞 ssc.configureBlocking(false) ; //创建地址对象 InetSocketAddress addr = new InetSocketAddress( 8888) ; //绑定通道到特定的地址上 ssc.bind(addr) ; //开启一个挑选器 Selector sel = Selector.open() ; //在挑选中注册channel ssc.register(sel , SelectionKey.OP_ACCEPT) ; System.out.println("注册服务器通道完成!!!"); //创建字节缓冲区 ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024) ; //开始循环挑选 while(true){ // System.out.println("开始挑选...."); sel.select() ; // System.out.println("挑出发生了!!!"); //得到挑选出来的key集合 Iterator<SelectionKey> it = sel.selectedKeys().iterator() ; while(it.hasNext()){ //一定是服务器通道 SelectionKey key = it.next() ; if(key.isAcceptable()){ //接受新socket SocketChannel sc0 = ssc.accept(); //配置非阻塞模式 sc0.configureBlocking(false) ; //在selector中注册socketChannel,指定感兴趣事件 sc0.register(sel, SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_CONNECT) ; } //可连接 if(key.isConnectable()){ SocketChannel sc0 = (SocketChannel) key.channel(); //完成连接 sc0.finishConnect() ; } //是否可读 if(key.isReadable()){ SocketChannel sc0 = (SocketChannel) key.channel(); //内存输出流 ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream() ; //读到了数据 while(sc0.read(buf) > 0){ // buf.flip(); byte[] arr = buf.array(); baos.write(arr , 0 , buf.limit()); buf.clear() ; } // String msg = new String(baos.toByteArray()); InetSocketAddress remoteAddr = (InetSocketAddress) sc0.socket().getRemoteSocketAddress(); String ip = remoteAddr.getAddress().getHostAddress(); int port = remoteAddr.getPort() ; System.out.printf("[%s:%d]说 : %s\r\n" , ip , port , msg); } //删除该key it.remove(); } } } } [客户端] package com.oldboy.java.nio; import java.io.IOException; import java.net.InetSocketAddress; import java.nio.ByteBuffer; import java.nio.channels.SocketChannel; /** * */ public class MyClient { public static void main(String[] args) throws Exception { SocketChannel sc = SocketChannel.open(); InetSocketAddress addr = new InetSocketAddress("localhost", 8888); sc.connect(addr); while (true) { ByteBuffer buf = ByteBuffer.wrap("hello world".getBytes()); sc.write(buf); Thread.sleep(1000); } } } 线程池 ------------------------------- 1、简介 池化设计模式，通过容器维护固定数量的线程，使用 固定线程数实现任务的执行。 2、Executors 创建线程池的工厂类，提供很多工具方法。 常用的Executors.newFixedThreadPool(3); 执行任务时，将任务提交到任务队列，在将来的某个 时刻调度执行。 3、ThreadPoolExecutor 线程池执行器，优势一是提升异步执行大量任务的性能，线程池维护 了基本统计信息，比如完成的线程数。 线程池有corePoolSize和maximumPoolSize. 如果线程数少于该值，创建新线程执行任务。 如果线程数大于core数但小于最大数，只有队列满时创建新线程。 意味着在队列没有满的时候，如果线程数超过核心数，则尽量使用 现有线程执行这些任务。 如果核心数据量和最大数量相同，则表示固定大小的线程池。 如果最大值无界，则可以适应任意数量的并发度。 4.AtomicInteger 原子整数，内部封装了一个整数，确保对该整数的修改是原子性。 //控制信号 ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0)); 控制信号控制的是池的状态，内部包含两个成分， workerCount //线程数,最大值是2^29 - 1 , runState //状态 控制信号的前三位是状态信息，后面的29位是线程数信息。 000 | 00000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 状态控制如下： [RUNNING] 接受新任务，处理队列中的任务。 -1 << COUNT_BITS; 111 0..0 [SHUTDOWN] 不再接受新任务，但处理队列中任务。 000 0..0 [STOP] 停止态，不接收新任务，不处理队列任务，终止执行的任务。 马上整顿。 001 0..0 [TIDYING] 所有任务都结束了，线程数归0，转换到该状态的线程调用terminated()方法。 010 0..0 [TERMINATED] terminated()方法执行结束。 011 0..0 5、同步执行问题 线程池的工作原理是异步执行，执行任务时，仅仅是放入任务队列，将来的某个时刻 来执行任务，如果想要同步执行， public class App { public static void main(String[] args) { //创建任务对象 Runnable task = new Runnable() { public void run() { String name = Thread.currentThread().getName(); System.out.println(name + " : " + "hello world"); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } ; //新建固定线程池 ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(3); for(int i = 0 ; i < 6 ; i ++){ //执行任务 Future f = pool.submit(task , 100); //submit 和返回值调用的f.get实现同步执行 try { Object obj = f.get(); System.out.println(obj); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (ExecutionException e) { e.printStackTrace(); } } } } 5.总结 ThreadPoolExecutor内部有两个集合，一个是Workers集合，一个是WorkQueue任务 队列，Worker内部关联一个Thread和Runnable对象。线程池执行任务时，要么添加 新worker，要么添加任务到队列。如果添加新worker，直接启动worker关联的线程。 新线程调用worker的runWorker()方法，该方法从队列中剪切任务来执行的。 线程池的submit方法可以实现同步执行，因为有返回值Future对象，该对象包含执行 结果，在没有计算完成前，无法得到该结果，只能等待。可以通过调用pool.submit(task , 100) 来直接指定结果。execute方法提交就忘了，不能实现同步执行的。
