Java NIO的的介紹及工作原理是什么

這篇文章主要講解了“Java NIO的的介紹及工作原理是什么”，文中的講解內(nèi)容簡單清晰，易于學(xué)習(xí)與理解，下面請大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來研究和學(xué)習(xí)“Java NIO的的介紹及工作原理是什么”吧！

針對傳統(tǒng)I/O 工作模式的不足，NIO 工具包提出了基于Buffer（緩沖區(qū)）、Channel（通道）、Selector（選擇器）的新模式；Selector（選擇器）、可選擇的Channel（通道）和SelectionKey（選擇鍵）配合起來使用，可以實(shí)現(xiàn)并發(fā)的非阻塞型I/O 能力。

NIO 工具包的成員

Buffer（緩沖器）

Buffer 類是一個抽象類，它有7 個子類分別對應(yīng)于七種基本的數(shù)據(jù)類型：ByteBuffer、CharBuffer、DoubleBuffer、FloatBuffer、IntBuffer、LongBuffer 和ShortBuffer。每一個Buffer對象相當(dāng)于一個數(shù)據(jù)容器，可以把它看作內(nèi)存中的一個大的數(shù)組，用來存儲和提取所有基本類型(boolean 型除外)的數(shù)據(jù)。Buffer 類的核心是一塊內(nèi)存區(qū)，可以直接對其執(zhí)行與內(nèi)存有關(guān)的操作，利用操作系統(tǒng)特性和能力提高和改善Java 傳統(tǒng)I/O 的性能。

Channel（通道）

Channel 被認(rèn)為是NIO 工具包的一大創(chuàng)新點(diǎn)，是(Buffer)緩沖器和I/O 服務(wù)之間的通道，具有雙向性，既可以讀入也可以寫出，可以更高效的傳遞數(shù)據(jù)。我們這里主要討論ServerSocketChannel 和SocketChannel，它們都繼承了SelectableChannel，是可選擇的通道，分別可以工作在同步和異步兩種方式下（這里的可選擇不是指可以選擇兩種工作方式，而是指可以有選擇的注冊自己感興趣的事件）。當(dāng)通道工作在同步方式時，它的功能和編程方法與傳統(tǒng)的ServerSocket、Socket 對象相似；當(dāng)通道工作在異步工作方式時，進(jìn)行輸入輸出處理不必等到輸入輸出完畢才返回，并且可以將其感興趣的（如：接受操作、連接操作、讀出操作、寫入操作）事件注冊到Selector 對象上，與Selector 對象協(xié)同工作可以更有效率的支持和管理并發(fā)的網(wǎng)絡(luò)套接字連接。

Selector（選擇器）和SelectionKey（選擇鍵）

各類 Buffer 是數(shù)據(jù)的容器對象；各類Channel 實(shí)現(xiàn)在各類Buffer 與各類I/O 服務(wù)間傳輸數(shù)據(jù)。Selector 是實(shí)現(xiàn)并發(fā)型非阻塞I/O 的核心，各種可選擇的通道將其感興趣的事件注冊到Selector 對象上，Selector 在一個循環(huán)中不斷輪循監(jiān)視這各些注冊在其上的Socket 通道。SelectionKey 類則封裝了SelectableChannel 對象在Selector 中的注冊信息。當(dāng)Selector 監(jiān)測到在某個注冊的SelectableChannel 上發(fā)生了感興趣的事件時,自動激活產(chǎn)生一個SelectionKey對象,在這個對象中記錄了哪一個SelectableChannel 上發(fā)生了哪種事件，通過對被激活的SelectionKey 的分析,外界可以知道每個SelectableChannel 發(fā)生的具體事件類型,進(jìn)行相應(yīng)的處理。

NIO 工作原理

通過上面的討論，我們可以看出在并發(fā)型服務(wù)器程序中使用NIO，實(shí)際上是通過網(wǎng)絡(luò)事件驅(qū)動模型實(shí)現(xiàn)的。我們應(yīng)用Select 機(jī)制，不用為每一個客戶端連接新啟線程處理，而是將其注冊到特定的Selector 對象上，這就可以在單線程中利用Selector 對象管理大量并發(fā)的網(wǎng)絡(luò)連接，更好的利用了系統(tǒng)資源；采用非阻塞I/O 的通信方式，不要求阻塞等待I/O 操作完成即可返回，從而減少了管理I/O 連接導(dǎo)致的系統(tǒng)開銷，大幅度提高了系統(tǒng)性能。

當(dāng)有讀或?qū)懙热魏巫缘氖录l(fā)生時，可以從Selector 中獲得相應(yīng)的SelectionKey ， 從SelectionKey 中可以找到發(fā)生的事件和該事件所發(fā)生的具體的SelectableChannel，以獲得客戶端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。由于在非阻塞網(wǎng)絡(luò)I/O 中采用了事件觸發(fā)機(jī)制，處理程序可以得到系統(tǒng)的主動通知，從而可以實(shí)現(xiàn)底層網(wǎng)絡(luò)I/O 無阻塞、流暢地讀寫，而不像在原來的阻塞模式下處理程序需要不斷循環(huán)等待。使用NIO，可以編寫出性能更好、更易擴(kuò)展的并發(fā)型服務(wù)器程序。

并發(fā)型服務(wù)器程序的實(shí)現(xiàn)代碼

應(yīng)用 NIO 工具包，基于非阻塞網(wǎng)絡(luò)I/O 設(shè)計(jì)的并發(fā)型服務(wù)器程序與以往基于阻塞I/O 的實(shí)現(xiàn)程序有很大不同，在使用非阻塞網(wǎng)絡(luò)I/O 的情況下，程序讀取數(shù)據(jù)和寫入數(shù)據(jù)的時機(jī)不是由程序員控制的，而是Selector 決定的。下面便給出基于非阻塞網(wǎng)絡(luò)I/O 的并發(fā)型服務(wù)器程序的核心代碼片段：

import java.io.*； //引入Java.io包 import java.net.*； //引入Java.net包 import java.nio.channels.*； //引入Java.nio.channels包 import java.util.*； //引入Java.util包 public class TestServer implements Runnable { /** * 服務(wù)器Channel對象，負(fù)責(zé)接受用戶連接 */ private ServerSocketChannel server； /** * Selector對象，負(fù)責(zé)監(jiān)控所有的連接到服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)事件的發(fā)生 */ private Selector selector； /** * 總的活動連接數(shù) */ private int activeSockets； /** * 服務(wù)器Channel綁定的端口號 */ private int port ； /** * * 構(gòu)造函數(shù) */ public TestServer()throws IOException { activeSockets=0； port=9999；//初始化服務(wù)器Channel綁定的端口號為9999 selector= Selector.open()；//初始化Selector對象 server=ServerSocketChannel.open()；//初始化服務(wù)器Channel對象 ServerSocket socket=server.socket()；//獲取服務(wù)器Channel對應(yīng)的//ServerSocket對象 socket.bind(new InetSocketAddress(port))；//把Socket綁定到監(jiān)聽端口9999上 server.configureBlocking(false)；//將服務(wù)器Channel設(shè)置為非阻塞模式 server.register(selector,SelectionKey.OP_ACCEPT)；//將服務(wù)器Channel注冊到 Selector對象，并指出服務(wù)器Channel所感興趣的事件為可接受請求操作 } public void run() { while(true) { try { /** *應(yīng)用Select機(jī)制輪循是否有用戶感興趣的新的網(wǎng)絡(luò)事件發(fā)生，當(dāng)沒有 * 新的網(wǎng)絡(luò)事件發(fā)生時，此方法會阻塞，直到有新的網(wǎng)絡(luò)事件發(fā)生為止 */ selector.select()； } catch(IOException e) { continue；//當(dāng)有異常發(fā)生時，繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)操作 } /** * 得到活動的網(wǎng)絡(luò)連接選擇鍵的集合 */ Set<SelectionKey> keys=selector.selectedKeys()； activeSockets=keys.size()；//獲取活動連接的數(shù)目 if(activeSockets==0) { continue；//如果連接數(shù)為0，則繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)操作 } /** /** * 應(yīng)用For&mdash;Each循環(huán)遍歷整個選擇鍵集合 */ for(SelectionKey key :keys) { /** * 如果關(guān)鍵字狀態(tài)是為可接受，則接受連接，注冊通道，以接受更多的* 事件，進(jìn)行相關(guān)的服務(wù)器程序處理 */ if(key.isAcceptable()) { doServerSocketEvent(key)； continue； } /** * 如果關(guān)鍵字狀態(tài)為可讀，則說明Channel是一個客戶端的連接通道， * 進(jìn)行相應(yīng)的讀取客戶端數(shù)據(jù)的操作 */ if(key.isReadable()) { doClientReadEvent(key)； continue； } /** * 如果關(guān)鍵字狀態(tài)為可寫，則也說明Channel是一個客戶端的連接通道， * 進(jìn)行相應(yīng)的向客戶端寫數(shù)據(jù)的操作 */ if(key.isWritable()) { doClinetWriteEvent(key)； continue； } } } } /** * 處理服務(wù)器事件操作 * @param key 服務(wù)器選擇鍵對象 */ private void doServerSocketEvent(SelectionKey key) { SocketChannel client=null； try { ServerSocketChannel server=(ServerSocketChannel)key.channel()； client=server.accept()； if(client==null) { return； } client.configureBlocking(false)；//將客戶端Channel設(shè)置為非阻塞型 /** /** * 將客戶端Channel注冊到Selector對象上，并且指出客戶端Channel所感 * 興趣的事件為可讀和可寫 */ client.register(selector,SelectionKey.OP_READ|SelectionKey.OP_READ)； }catch(IOException e) { try { client.close()； }catch(IOException e1){} } } /** * 進(jìn)行向客戶端寫數(shù)據(jù)操作 * @param key 客戶端選擇鍵對象 */ private void doClinetWriteEvent(SelectionKey key) { 代碼實(shí)現(xiàn)略； } /** * 進(jìn)行讀取客戶短數(shù)據(jù)操作 * @param key 客戶端選擇鍵對象 */ private void doClientReadEvent(SelectionKey key) { 代碼實(shí)現(xiàn)略； } }

從上面對代碼可以看出，使用非阻塞性I/O進(jìn)行并發(fā)型服務(wù)器程序設(shè)計(jì)分三個部分：1.向Selector對象注冊感興趣的事件；2.從Selector中獲取所感興趣的事件；3.根據(jù)不同的事件進(jìn)行相應(yīng)的處理。

結(jié)  語

通過使用NIO 工具包進(jìn)行并發(fā)型服務(wù)器程序設(shè)計(jì)，一個或者很少幾個Socket 線程就可以處理成千上萬個活動的Socket 連接，大大降低了服務(wù)器端程序的開銷；同時網(wǎng)絡(luò)I/O 采取非阻塞模式，線程不再在讀或?qū)憰r阻塞，操作系統(tǒng)可以更流暢的讀寫數(shù)據(jù)并可以更有效地向CPU 傳遞數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以便更有效地提高系統(tǒng)的性能。

感謝各位的閱讀，以上就是“Java NIO的的介紹及工作原理是什么”的內(nèi)容了，經(jīng)過本文的學(xué)習(xí)后，相信大家對Java NIO的的介紹及工作原理是什么這一問題有了更深刻的體會，具體使用情況還需要大家實(shí)踐驗(yàn)證。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關(guān)知識點(diǎn)的文章，歡迎關(guān)注！