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本篇內(nèi)容主要講解“ Java中Buffer和Chanel怎么使用”,感興趣的朋友不妨來看看。本文介紹的方法操作簡單快捷,實用性強。下面就讓小編來帶大家學(xué)習(xí)“ Java中Buffer和Chanel怎么使用”吧!
1. 基本 概念
IO 是主存和外部設(shè)備 ( 硬盤、終端和網(wǎng)絡(luò)等 ) 拷貝數(shù)據(jù)的過程。 IO 是操作系統(tǒng)的底層功能實現(xiàn),底層通過 I/O 指令進行完成。
所有語言運行時系統(tǒng)提供執(zhí)行 I/O 較高級別的工具。 (c 的 printf scanf,java 的面向?qū)ο蠓庋b )
2. Java 標(biāo)準 io 回顧
Java 標(biāo)準 IO 類庫是 io 面向?qū)ο蟮囊环N抽象。基于本地方法的底層實現(xiàn),我們無須關(guān)注底層實現(xiàn)。 InputStream\OutputStream( 字節(jié)流 ) :一次傳送一個字節(jié)。 Reader\Writer( 字符流 ) :一次一個字符。
3. nio 簡介
nio 是 java New IO 的簡稱,在 jdk1.4 里提供的新 api 。 Sun 官方標(biāo)榜的特性如下:
– 為所有的原始類型提供 (Buffer) 緩存支持。
– 字符集編碼解碼解決方案。
– Channel :一個新的原始 I/O 抽象。
– 支持鎖和內(nèi)存映射文件的文件訪問接口。
– 提供多路 (non-bloking) 非阻塞式的高伸縮性網(wǎng)絡(luò) I/O 。
本文將圍繞這幾個特性進行學(xué)習(xí)和介紹。
4. Buffer&Chanel
Channel 和 buffer 是 NIO 是兩個最基本的數(shù)據(jù)類型抽象。
Buffer:
– 是一塊連續(xù)的內(nèi)存塊。
– 是 NIO 數(shù)據(jù)讀或?qū)懙闹修D(zhuǎn)地。
Channel:
– 數(shù)據(jù)的源頭或者數(shù)據(jù)的目的地
– 用于向 buffer 提供數(shù)據(jù)或者讀取 buffer 數(shù)據(jù) ,buffer 對象的唯一接口。
– 異步 I/O 支持
package sample; import java.io.FileInputStream; import java.io.FileOutputStream; import java.nio.ByteBuffer; import java.nio.channels.FileChannel; public class CopyFile { public static void main(String[] args) throws Exception { String infile = "C:\\copy.sql"; String outfile = "C:\\copy.txt"; // 獲取源文件和目標(biāo)文件的輸入輸出流 FileInputStream fin = new FileInputStream(infile); FileOutputStream fout = new FileOutputStream(outfile); // 獲取輸入輸出通道 FileChannel fcin = fin.getChannel(); FileChannel fcout = fout.getChannel(); // 創(chuàng)建緩沖區(qū) ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024); while (true) { // clear方法重設(shè)緩沖區(qū),使它可以接受讀入的數(shù)據(jù) buffer.clear(); // 從輸入通道中將數(shù)據(jù)讀到緩沖區(qū) int r = fcin.read(buffer); // read方法返回讀取的字節(jié)數(shù),可能為零,如果該通道已到達流的末尾,則返回-1 if (r == -1) { break; } // flip方法讓緩沖區(qū)可以將新讀入的數(shù)據(jù)寫入另一個通道 buffer.flip(); // 從輸出通道中將數(shù)據(jù)寫入緩沖區(qū) fcout.write(buffer); } } }
其中 buffer 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下 ( 下圖拷貝自資料 ):
Buffer 常見方法:
flip(): 寫模式轉(zhuǎn)換成讀模式
rewind() :將 position 重置為 0 ,一般用于重復(fù)讀。
clear() :清空 buffer ,準備再次被寫入 (position 變成 0 , limit 變成 capacity) 。
compact(): 將未讀取的數(shù)據(jù)拷貝到 buffer 的頭部位。
mark() 、 reset():mark 可以標(biāo)記一個位置, reset 可以重置到該位置。
Buffer 常見類型: ByteBuffer 、 MappedByteBuffer 、 CharBuffer 、 DoubleBuffer 、 FloatBuffer 、 IntBuffer 、 LongBuffer 、 ShortBuffer 。
channel 常見類型 :FileChannel 、 DatagramChannel(UDP) 、 SocketChannel(TCP) 、 ServerSocketChannel(TCP)
在本機上面做了個簡單的性能測試。我的筆記本性能一般。 ( 具體代碼可以見附件。見 nio.sample.filecopy 包下面的例子 ) 以下是參考數(shù)據(jù):
– 場景 1 : Copy 一個 370M 的文件
– 場景 2: 三個線程同時拷貝,每個線程拷貝一個 370M 文件
Buffer 常見方法:
flip(): 寫模式轉(zhuǎn)換成讀模式
rewind() :將 position 重置為 0 ,一般用于重復(fù)讀。
clear() :清空 buffer ,準備再次被寫入 (position 變成 0 , limit 變成 capacity) 。
compact(): 將未讀取的數(shù)據(jù)拷貝到 buffer 的頭部位。
mark() 、 reset():mark 可以標(biāo)記一個位置, reset 可以重置到該位置。
Buffer 常見類型: ByteBuffer 、 MappedByteBuffer 、 CharBuffer 、 DoubleBuffer 、 FloatBuffer 、 IntBuffer 、 LongBuffer 、 ShortBuffer 。
channel 常見類型 :FileChannel 、 DatagramChannel(UDP) 、 SocketChannel(TCP) 、 ServerSocketChannel(TCP)
在本機上面做了個簡單的性能測試。我的筆記本性能一般。 ( 具體代碼可以見附件。見 nio.sample.filecopy 包下面的例子 ) 以下是參考數(shù)據(jù):
– 場景 1 : Copy 一個 370M 的文件
– 場景 2: 三個線程同時拷貝,每個線程拷貝一個 370M 文件
5. nio.charset
字符編碼解碼 : 字節(jié)碼本身只是一些數(shù)字,放到正確的上下文中被正確被解析。向 ByteBuffer 中存放數(shù)據(jù)時需要考慮字符集的編碼方式,讀取展示 ByteBuffer 數(shù)據(jù)時涉及對字符集解碼。
Java.nio.charset 提供了編碼解碼一套解決方案。
以我們最常見的 http 請求為例,在請求的時候必須對請求進行正確的編碼。在得到響應(yīng)時必須對響應(yīng)進行正確的解碼。
以下代碼向 baidu 發(fā)一次請求,并獲取結(jié)果進行顯示。例子演示到了 charset 的使用。
例子 2BaiduReader.java
package nio.readpage; import java.nio.ByteBuffer; import java.nio.channels.SocketChannel; import java.nio.charset.Charset; import java.net.InetSocketAddress; import java.io.IOException; public class BaiduReader { private Charset charset = Charset.forName("GBK");// 創(chuàng)建GBK字符集 private SocketChannel channel; public void readHTMLContent() { try { InetSocketAddress socketAddress = new InetSocketAddress( "www.baidu.com", 80); //step1:打開連接 channel = SocketChannel.open(socketAddress); //step2:發(fā)送請求,使用GBK編碼 channel.write(charset.encode("GET " + "/ HTTP/1.1" + "\r\n\r\n")); //step3:讀取數(shù)據(jù) ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);// 創(chuàng)建1024字節(jié)的緩沖 while (channel.read(buffer) != -1) { buffer.flip();// flip方法在讀緩沖區(qū)字節(jié)操作之前調(diào)用。 System.out.println(charset.decode(buffer)); // 使用Charset.decode方法將字節(jié)轉(zhuǎn)換為字符串 buffer.clear();// 清空緩沖 } } catch (IOException e) { System.err.println(e.toString()); } finally { if (channel != null) { try { channel.close(); } catch (IOException e) { } } } } public static void main(String[] args) { new BaiduReader().readHTMLContent(); } }
6. 非阻塞 IO
關(guān)于非阻塞 IO 將從何為阻塞、何為非阻塞、非阻塞原理和異步核心 API 幾個方面來理解。
何為阻塞?
一個常見的網(wǎng)絡(luò) IO 通訊流程如下 :
該網(wǎng)絡(luò)通訊過程來理解一下何為阻塞 :
在以上過程中若連接還沒到來,那么 accept 會阻塞 , 程序運行到這里不得不掛起, CPU 轉(zhuǎn)而執(zhí)行其他線程。
在以上過程中若數(shù)據(jù)還沒準備好, read 會一樣也會阻塞。
阻塞式網(wǎng)絡(luò) IO 的特點:多線程處理多個連接。每個線程擁有自己的??臻g并且占用一些 CPU 時間。每個線程遇到外部為準備好的時候,都會阻塞掉。阻塞的結(jié)果就是會帶來大量的進程上下文切換。且大部分進程上下文切換可能是無意義的。比如假設(shè)一個線程監(jiān)聽一個端口,一天只會有幾次請求進來,但是該 cpu 不得不為該線程不斷做上下文切換嘗試,大部分的切換以阻塞告終。
何為非阻塞?
下面有個隱喻:
一輛從 A 開往 B 的公共汽車上,路上有很多點可能會有人下車。司機不知道哪些點會有哪些人會下車,對于需要下車的人,如何處理更好?
1. 司機過程中定時詢問每個乘客是否到達目的地,若有人說到了,那么司機停車,乘客下車。 ( 類似阻塞式 )
2. 每個人告訴售票員自己的目的地,然后睡覺,司機只和售票員交互,到了某個點由售票員通知乘客下車。 ( 類似非阻塞 )
很顯然,每個人要到達某個目的地可以認為是一個線程,司機可以認為是 CPU 。在阻塞式里面,每個線程需要不斷的輪詢,上下文切換,以達到找到目的地的結(jié)果。而在非阻塞方式里,每個乘客 ( 線程 ) 都在睡覺 ( 休眠 ) ,只在真正外部環(huán)境準備好了才喚醒,這樣的喚醒肯定不會阻塞。
非阻塞的原理
把整個過程切換成小的任務(wù),通過任務(wù)間協(xié)作完成。
由一個專門的線程來處理所有的 IO 事件,并負責(zé)分發(fā)。
事件驅(qū)動機制:事件到的時候觸發(fā),而不是同步的去監(jiān)視事件。
線程通訊:線程之間通過 wait,notify 等方式通訊。保證每次上下文切換都是有意義的。減少無謂的進程切換。
以下是異步 IO 的結(jié)構(gòu):
Reactor 就是上面隱喻的售票員角色。每個線程的處理流程大概都是讀取數(shù)據(jù)、解碼、計算處理、編碼、發(fā)送響應(yīng)。
到此,相信大家對“ Java中Buffer和Chanel怎么使用”有了更深的了解,不妨來實際操作一番吧!這里是億速云網(wǎng)站,更多相關(guān)內(nèi)容可以進入相關(guān)頻道進行查詢,關(guān)注我們,繼續(xù)學(xué)習(xí)!
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