Java的NIO模型

Java相关文章

• Java内存模型
• Java中String特性
• Java对象内存布局
• JVM结构
• JVM垃圾回收器
• Java19虚拟线程新特性
• Java线程生命周期与常见方法
• Java线程池笔记
• 浅谈synchronized锁原理
• 浅谈AQS原理
• ThreadLocal原理
• 浅谈双亲委派模型

IO的本质

1. 操作系统分为用户空间与内核空间
2. 任何io事件都分为两个过程

1. 用户空间发起读写请求到内核空间，等待内核空间数据就绪
2. 内核空间数据准备好拷贝到用户空间

3. 等待数据就绪阶段是否发生阻塞等待可以将io时间分为阻塞io和非阻塞io
4. 如果等待就绪阶段与内核数据拷贝阶段都阻塞的话为同步io，都不阻塞则为异步io

BIO

1. 首先在服务端启动一个ServerSocket来监听网络请求，客户端启动Socket发起网络请求，默认情况下SeverSocket会建立一个线程来处理此请求，如果服务端没有线程可用，客户端则会阻塞等待或遭到拒绝。
2. 如果要让 BIO 通信模型能够同时处理多个客户端请求，就必须使用多线程（主要原因是 socket.accept()、socket.read()、 socket.write()都是阻塞的）

NIO

1. 同步非阻塞IO模型的实现
2. 提供了与传统BIO模型中的Socket和ServerSocket相对应的SocketChannel和ServerSocketChannel两种不同的套接字通道实现。
3. 本身想解决 BIO的并发问题，通过Reactor模式的事件驱动机制来达到Non Blocking的。当 socket 有流可读或可写入 socket 时，操作系统会相应的通知应用程序进行处理，应用再将流读取到缓冲区或写入操作系统。
4. 在NIO中，基本所有的IO操作都是从Channel开始的，Channel通过Buffer(缓冲区)进行读写操作。
5. 多路复用器Selector组件用于轮询一个或多个NIO Channel的状态是否处于可读、可写。通过轮询的机制就可以管理多个Channel，也就是说可以管理多个网络连接。
6. 客户端与服务器之间通过channel通信，nio可以在channel进行读写操作，chandel都被注册到selector多路复用器上，selector通过一个线程轮询channel找到就绪的channel执行io
7. bio面向流操作，nio面向管道，channel读写同时操作
8. selector轮询出所有注册管道，然后通过SelectionKey可以取得就绪的Channel集合，从而进行后续的IO操作

• 核心组件

1. Selector： 多路复⽤器，轮询检查多个 Channel 的状态，判断注册事件是否发⽣，即判断 Channel 是否处于可读或可写状态。使⽤前需要将 Channel 注册到 Selector，注册后会得到⼀个 SelectionKey，通过 SelectionKey 获取 Channel 和 Selector 相 关信息。
2. Channel： 双向通道，替换了 BIO 中的 Stream 流，不能直接访问数据，要通过 Buffer 来读写数 据，也可以和其他 Channel 交互。
3. Buffer： 缓冲区，本质是⼀块可读写数据的内存，⽤来简化数据读写。Buffer 三个重要属性： position 下次读写数据的位置，limit 本次读写的极限位置，capacity 最⼤容量。 flip 将写转为读，底层实现原理把 position 置 0，并把 limit 设为当前的 position 值。 clear 将读转为写模式（⽤于读完全部数据的情况，把 position 置 0，limit 设为 capacity）。 compact 将读转为写模式（⽤于存在未读数据的情况，让 position 指向未读数据的下⼀ 个）。 通道⽅向和 Buffer ⽅向相反，读数据相当于向 Buffer 写，写数据相当于从 Buffer 读。