本文來源: https://honeypps.com/java/java-nio-quick-start/
現(xiàn)在使用NIO的場景越來越多,很多網(wǎng)上的技術(shù)框架或多或少的使用NIO技術(shù),譬如Tomcat,Jetty。學(xué)習(xí)和掌握NIO技術(shù)已經(jīng)不是一個(gè)JAVA攻城獅的加分技能,而是一個(gè)必備技能。
再者現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)的面試中上點(diǎn)level的都會涉及一下NIO或者AIO的問題(AIO下次再講述,本篇主要講述NIO),掌握好NIO也能幫助你獲得一份較好的offer。驅(qū)使博主寫這篇文章的關(guān)鍵是網(wǎng)上關(guān)于NIO的文章并不是很多,而且案例較少,針對這個(gè)特性,本文主要通過實(shí)際案例主要講述NIO的用法,每個(gè)案例都經(jīng)過實(shí)際檢驗(yàn)。博主通過自己的理解以及一些案例希望能給各位在學(xué)習(xí)NIO之時(shí)多一份參考。博主能力有限,文中有不足之處歡迎之處。
概述
NIO主要有三大核心部分:Channel(通道),Buffer(緩沖區(qū)), Selector。傳統(tǒng)IO基于字節(jié)流和字符流進(jìn)行操作,而NIO基于Channel和Buffer(緩沖區(qū))進(jìn)行操作,數(shù)據(jù)總是從通道讀取到緩沖區(qū)中,或者從緩沖區(qū)寫入到通道中。Selector(選擇區(qū))用于監(jiān)聽多個(gè)通道的事件(比如:連接打開,數(shù)據(jù)到達(dá))。因此,單個(gè)線程可以監(jiān)聽多個(gè)數(shù)據(jù)通道。
NIO和傳統(tǒng)IO(一下簡稱IO)之間第一個(gè)最大的區(qū)別是,IO是面向流的,NIO是面向緩沖區(qū)的。Java IO面向流意味著每次從流中讀一個(gè)或多個(gè)字節(jié),直至讀取所有字節(jié),它們沒有被緩存在任何地方。此外,它不能前后移動(dòng)流中的數(shù)據(jù)。如果需要前后移動(dòng)從流中讀取的數(shù)據(jù),需要先將它緩存到一個(gè)緩沖區(qū)。NIO的緩沖導(dǎo)向方法略有不同。數(shù)據(jù)讀取到一個(gè)它稍后處理的緩沖區(qū),需要時(shí)可在緩沖區(qū)中前后移動(dòng)。這就增加了處理過程中的靈活性。但是,還需要檢查是否該緩沖區(qū)中包含所有您需要處理的數(shù)據(jù)。而且,需確保當(dāng)更多的數(shù)據(jù)讀入緩沖區(qū)時(shí),不要覆蓋緩沖區(qū)里尚未處理的數(shù)據(jù)。
IO的各種流是阻塞的。這意味著,當(dāng)一個(gè)線程調(diào)用read() 或 write()時(shí),該線程被阻塞,直到有一些數(shù)據(jù)被讀取,或數(shù)據(jù)完全寫入。該線程在此期間不能再干任何事情了。NIO的非阻塞模式,使一個(gè)線程從某通道發(fā)送請求讀取數(shù)據(jù),但是它僅能得到目前可用的數(shù)據(jù),如果目前沒有數(shù)據(jù)可用時(shí),就什么都不會獲取。而不是保持線程阻塞,所以直至數(shù)據(jù)變的可以讀取之前,該線程可以繼續(xù)做其他的事情。非阻塞寫也是如此。一個(gè)線程請求寫入一些數(shù)據(jù)到某通道,但不需要等待它完全寫入,這個(gè)線程同時(shí)可以去做別的事情。線程通常將非阻塞IO的空閑時(shí)間用于在其它通道上執(zhí)行IO操作,所以一個(gè)單獨(dú)的線程現(xiàn)在可以管理多個(gè)輸入和輸出通道(channel)。
Channel
首先說一下Channel,國內(nèi)大多翻譯成“通道”。Channel和IO中的Stream(流)是差不多一個(gè)等級的。只不過Stream是單向的,譬如:InputStream, OutputStream.而Channel是雙向的,既可以用來進(jìn)行讀操作,又可以用來進(jìn)行寫操作。
NIO中的Channel的主要實(shí)現(xiàn)有:
這里看名字就可以猜出個(gè)所以然來:分別可以對應(yīng)文件IO、UDP和TCP(Server和Client)。下面演示的案例基本上就是圍繞這4個(gè)類型的Channel進(jìn)行陳述的。
Buffer
NIO中的關(guān)鍵Buffer實(shí)現(xiàn)有:ByteBuffer, CharBuffer, DoubleBuffer, FloatBuffer, IntBuffer, LongBuffer, ShortBuffer,分別對應(yīng)基本數(shù)據(jù)類型: byte, char, double, float, int, long, short。當(dāng)然NIO中還有MappedByteBuffer, HeapByteBuffer, DirectByteBuffer等這里先不進(jìn)行陳述。
Selector
Selector運(yùn)行單線程處理多個(gè)Channel,如果你的應(yīng)用打開了多個(gè)通道,但每個(gè)連接的流量都很低,使用Selector就會很方便。例如在一個(gè)聊天服務(wù)器中。要使用Selector, 得向Selector注冊Channel,然后調(diào)用它的select()方法。這個(gè)方法會一直阻塞到某個(gè)注冊的通道有事件就緒。一旦這個(gè)方法返回,線程就可以處理這些事件,事件的例子有如新的連接進(jìn)來、數(shù)據(jù)接收等。
FileChannel
看完上面的陳述,對于第一次接觸NIO的同學(xué)來說云里霧里,只說了一些概念,也沒記住什么,更別說怎么用了。這里開始通過傳統(tǒng)IO以及更改后的NIO來做對比,以更形象的突出NIO的用法,進(jìn)而使你對NIO有一點(diǎn)點(diǎn)的了解。
傳統(tǒng)IO vs NIO
首先,案例1是采用FileInputStream讀取文件內(nèi)容的:
public static void method2(){ InputStream in = null; try{ in = new BufferedInputStream(new FileInputStream("src/nomal_io.txt")); byte [] buf = new byte[1024]; int bytesRead = in.read(buf); while(bytesRead != -1) { for(int i=0;i System.out.print((char)buf[i]); bytesRead = in.read(buf); } }catch (IOException e) { e.printStackTrace(); }finally{ try{ if(in != null){ in.close(); } }catch (IOException e){ e.printStackTrace(); } } }
案例是對應(yīng)的NIO(這里通過RandomAccessFile進(jìn)行操作,當(dāng)然也可以通過FileInputStream.getChannel()進(jìn)行操作):
public static void method1(){ RandomAccessFile aFile = null; try{ aFile = new RandomAccessFile("src/nio.txt","rw"); FileChannel fileChannel = aFile.getChannel(); ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024); int bytesRead = fileChannel.read(buf); System.out.println(bytesRead); while(bytesRead != -1) { buf.flip(); while(buf.hasRemaining()) { System.out.print((char)buf.get()); } buf.compact(); bytesRead = fileChannel.read(buf); } }catch (IOException e){ e.printStackTrace(); }finally{ try{ if(aFile != null){ aFile.close(); } }catch (IOException e){ e.printStackTrace(); } } }
通過仔細(xì)對比案例1和案例2,應(yīng)該能看出個(gè)大概,最起碼能發(fā)現(xiàn)NIO的實(shí)現(xiàn)方式比叫復(fù)雜。有了一個(gè)大概的印象可以進(jìn)入下一步了。
Buffer的使用
從案例2中可以總結(jié)出使用Buffer一般遵循下面幾個(gè)步驟:
分配空間(ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024); 還有一種allocateDirector后面再陳述)
寫入數(shù)據(jù)到Buffer(int bytesRead = fileChannel.read(buf);)
調(diào)用filp()方法( buf.flip();)
從Buffer中讀取數(shù)據(jù)(System.out.print((char)buf.get());)
調(diào)用clear()方法或者compact()方法
Buffer顧名思義:緩沖區(qū),實(shí)際上是一個(gè)容器,一個(gè)連續(xù)數(shù)組。Channel提供從文件、網(wǎng)絡(luò)讀取數(shù)據(jù)的渠道,但是讀寫的數(shù)據(jù)都必須經(jīng)過Buffer。如下圖:
從Channel寫到Buffer (fileChannel.read(buf))
通過Buffer的put()方法 (buf.put(…))
從Buffer讀取到Channel (channel.write(buf))
使用get()方法從Buffer中讀取數(shù)據(jù) (buf.get())
可以把Buffer簡單地理解為一組基本數(shù)據(jù)類型的元素列表,它通過幾個(gè)變量來保存這個(gè)數(shù)據(jù)的當(dāng)前位置狀態(tài):capacity, position, limit, mark:
下一個(gè)要操作的數(shù)據(jù)元素的位置
緩沖區(qū)數(shù)組中不可操作的下一個(gè)元素的位置:limit<=capacity
用于記錄當(dāng)前position的前一個(gè)位置或者默認(rèn)是-1
無圖無真相,舉例:我們通過ByteBuffer.allocate(11)方法創(chuàng)建了一個(gè)11個(gè)byte的數(shù)組的緩沖區(qū),初始狀態(tài)如上圖,position的位置為0,capacity和limit默認(rèn)都是數(shù)組長度。當(dāng)我們寫入5個(gè)字節(jié)時(shí),變化如下圖:
這時(shí)我們需要將緩沖區(qū)中的5個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)寫入Channel的通信信道,所以我們調(diào)用ByteBuffer.flip()方法,變化如下圖所示(position設(shè)回0,并將limit設(shè)成之前的position的值):
這時(shí)底層操作系統(tǒng)就可以從緩沖區(qū)中正確讀取這個(gè)5個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)并發(fā)送出去了。在下一次寫數(shù)據(jù)之前我們再調(diào)用clear()方法,緩沖區(qū)的索引位置又回到了初始位置。
調(diào)用clear()方法:position將被設(shè)回0,limit設(shè)置成capacity,換句話說,Buffer被清空了,其實(shí)Buffer中的數(shù)據(jù)并未被清楚,只是這些標(biāo)記告訴我們可以從哪里開始往Buffer里寫數(shù)據(jù)。如果Buffer中有一些未讀的數(shù)據(jù),調(diào)用clear()方法,數(shù)據(jù)將“被遺忘”,意味著不再有任何標(biāo)記會告訴你哪些數(shù)據(jù)被讀過,哪些還沒有。如果Buffer中仍有未讀的數(shù)據(jù),且后續(xù)還需要這些數(shù)據(jù),但是此時(shí)想要先先寫些數(shù)據(jù),那么使用compact()方法。compact()方法將所有未讀的數(shù)據(jù)拷貝到Buffer起始處。然后將position設(shè)到最后一個(gè)未讀元素正后面。limit屬性依然像clear()方法一樣,設(shè)置成capacity。現(xiàn)在Buffer準(zhǔn)備好寫數(shù)據(jù)了,但是不會覆蓋未讀的數(shù)據(jù)。
通過調(diào)用Buffer.mark()方法,可以標(biāo)記Buffer中的一個(gè)特定的position,之后可以通過調(diào)用Buffer.reset()方法恢復(fù)到這個(gè)position。Buffer.rewind()方法將position設(shè)回0,所以你可以重讀Buffer中的所有數(shù)據(jù)。limit保持不變,仍然表示能從Buffer中讀取多少個(gè)元素。
SocketChannel
說完了FileChannel和Buffer, 大家應(yīng)該對Buffer的用法比較了解了,這里使用SocketChannel來繼續(xù)探討NIO。NIO的強(qiáng)大功能部分來自于Channel的非阻塞特性,套接字的某些操作可能會無限期地阻塞。例如,對accept()方法的調(diào)用可能會因?yàn)榈却粋€(gè)客戶端連接而阻塞;對read()方法的調(diào)用可能會因?yàn)闆]有數(shù)據(jù)可讀而阻塞,直到連接的另一端傳來新的數(shù)據(jù)??偟膩碚f,創(chuàng)建/接收連接或讀寫數(shù)據(jù)等I/O調(diào)用,都可能無限期地阻塞等待,直到底層的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)發(fā)生了什么。慢速的,有損耗的網(wǎng)絡(luò),或僅僅是簡單的網(wǎng)絡(luò)故障都可能導(dǎo)致任意時(shí)間的延遲。然而不幸的是,在調(diào)用一個(gè)方法之前無法知道其是否阻塞。NIO的channel抽象的一個(gè)重要特征就是可以通過配置它的阻塞行為,以實(shí)現(xiàn)非阻塞式的信道。
channel.configureBlocking(false)
在非阻塞式信道上調(diào)用一個(gè)方法總是會立即返回。這種調(diào)用的返回值指示了所請求的操作完成的程度。例如,在一個(gè)非阻塞式ServerSocketChannel上調(diào)用accept()方法,如果有連接請求來了,則返回客戶端SocketChannel,否則返回null。
這里先舉一個(gè)TCP應(yīng)用案例,客戶端采用NIO實(shí)現(xiàn),而服務(wù)端依舊使用IO實(shí)現(xiàn)。
public static void client(){ ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024); SocketChannel socketChannel = null; try { socketChannel = SocketChannel.open(); socketChannel.configureBlocking(false); socketChannel.connect(new InetSocketAddress("10.10.195.115",8080)); if(socketChannel.finishConnect()) { int i=0; while(true) { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); String info = "I'm "+i+++"-th information from client"; buffer.clear(); buffer.put(info.getBytes()); buffer.flip(); while(buffer.hasRemaining()){ System.out.println(buffer); socketChannel.write(buffer); } } } } catch (IOException | InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally{ try{ if(socketChannel!=null){ socketChannel.close(); } }catch(IOException e){ e.printStackTrace(); } } }
服務(wù)端代碼(案例4):
public static void server(){ ServerSocket serverSocket = null; InputStream in = null; try { serverSocket = new ServerSocket(8080); int recvMsgSize = 0; byte[] recvBuf = new byte[1024]; while(true){ Socket clntSocket = serverSocket.accept(); SocketAddress clientAddress = clntSocket.getRemoteSocketAddress(); System.out.println("Handling client at "+clientAddress); in = clntSocket.getInputStream(); while((recvMsgSize=in.read(recvBuf))!=-1){ byte[] temp = new byte[recvMsgSize]; System.arraycopy(recvBuf, 0, temp, 0, recvMsgSize); System.out.println(new String(temp)); } } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } finally{ try{ if(serverSocket!=null){ serverSocket.close(); } if(in!=null){ in.close(); } }catch(IOException e){ e.printStackTrace(); } } }
輸出結(jié)果:(略)
根據(jù)案例分析,總結(jié)一下SocketChannel的用法。
打開SocketChannel:
socketChannel = SocketChannel.open(); socketChannel.connect(new InetSocketAddress("10.10.195.115",8080));
關(guān)閉:
讀取數(shù)據(jù):
String info = "I'm "+i+++"-th information from client"; buffer.clear(); buffer.put(info.getBytes()); buffer.flip(); while(buffer.hasRemaining()){ System.out.println(buffer); socketChannel.write(buffer); }
注意SocketChannel.write()方法的調(diào)用是在一個(gè)while循環(huán)中的。Write()方法無法保證能寫多少字節(jié)到SocketChannel。所以,我們重復(fù)調(diào)用write()直到Buffer沒有要寫的字節(jié)為止。
非阻塞模式下,read()方法在尚未讀取到任何數(shù)據(jù)時(shí)可能就返回了。所以需要關(guān)注它的int返回值,它會告訴你讀取了多少字節(jié)。
TCP服務(wù)端的NIO寫法
到目前為止,所舉的案例中都沒有涉及Selector。不要急,好東西要慢慢來。Selector類可以用于避免使用阻塞式客戶端中很浪費(fèi)資源的“忙等”方法。例如,考慮一個(gè)IM服務(wù)器。像QQ或者旺旺這樣的,可能有幾萬甚至幾千萬個(gè)客戶端同時(shí)連接到了服務(wù)器,但在任何時(shí)刻都只是非常少量的消息。
需要讀取和分發(fā)。這就需要一種方法阻塞等待,直到至少有一個(gè)信道可以進(jìn)行I/O操作,并指出是哪個(gè)信道。NIO的選擇器就實(shí)現(xiàn)了這樣的功能。一個(gè)Selector實(shí)例可以同時(shí)檢查一組信道的I/O狀態(tài)。用專業(yè)術(shù)語來說,選擇器就是一個(gè)多路開關(guān)選擇器,因?yàn)橐粋€(gè)選擇器能夠管理多個(gè)信道上的I/O操作。然而如果用傳統(tǒng)的方式來處理這么多客戶端,使用的方法是循環(huán)地一個(gè)一個(gè)地去檢查所有的客戶端是否有I/O操作,如果當(dāng)前客戶端有I/O操作,則可能把當(dāng)前客戶端扔給一個(gè)線程池去處理,如果沒有I/O操作則進(jìn)行下一個(gè)輪詢,當(dāng)所有的客戶端都輪詢過了又接著從頭開始輪詢;這種方法是非常笨而且也非常浪費(fèi)資源,因?yàn)榇蟛糠挚蛻舳耸菦]有I/O操作,我們也要去檢查;而Selector就不一樣了,它在內(nèi)部可以同時(shí)管理多個(gè)I/O,當(dāng)一個(gè)信道有I/O操作的時(shí)候,他會通知Selector,Selector就是記住這個(gè)信道有I/O操作,并且知道是何種I/O操作,是讀呢?是寫呢?還是接受新的連接;所以如果使用Selector,它返回的結(jié)果只有兩種結(jié)果,一種是0,即在你調(diào)用的時(shí)刻沒有任何客戶端需要I/O操作,另一種結(jié)果是一組需要I/O操作的客戶端,這時(shí)你就根本不需要再檢查了,因?yàn)樗祷亟o你的肯定是你想要的。這樣一種通知的方式比那種主動(dòng)輪詢的方式要高效得多!
要使用選擇器(Selector),需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)Selector實(shí)例(使用靜態(tài)工廠方法open())并將其注冊(register)到想要監(jiān)控的信道上(注意,這要通過channel的方法實(shí)現(xiàn),而不是使用selector的方法)。最后,調(diào)用選擇器的select()方法。該方法會阻塞等待,直到有一個(gè)或更多的信道準(zhǔn)備好了I/O操作或等待超時(shí)。select()方法將返回可進(jìn)行I/O操作的信道數(shù)量?,F(xiàn)在,在一個(gè)單獨(dú)的線程中,通過調(diào)用select()方法就能檢查多個(gè)信道是否準(zhǔn)備好進(jìn)行I/O操作。如果經(jīng)過一段時(shí)間后仍然沒有信道準(zhǔn)備好,select()方法就會返回0,并允許程序繼續(xù)執(zhí)行其他任務(wù)。
下面將上面的TCP服務(wù)端代碼改寫成NIO的方式(案例5):
public class ServerConnect { private static final int BUF_SIZE=1024; private static final int PORT = 8080; private static final int TIMEOUT = 3000; public static void main(String[] args) { selector(); } public static void handleAccept(SelectionKey key) throws IOException{ ServerSocketChannel ssChannel = (ServerSocketChannel)key.channel(); SocketChannel sc = ssChannel.accept(); sc.configureBlocking(false); sc.register(key.selector(), SelectionKey.OP_READ,ByteBuffer.allocateDirect(BUF_SIZE)); } public static void handleRead(SelectionKey key) throws IOException{ SocketChannel sc = (SocketChannel)key.channel(); ByteBuffer buf = (ByteBuffer)key.attachment(); long bytesRead = sc.read(buf); while(bytesRead>0){ buf.flip(); while(buf.hasRemaining()){ System.out.print((char)buf.get()); } System.out.println(); buf.clear(); bytesRead = sc.read(buf); } if(bytesRead == -1){ sc.close(); } } public static void handleWrite(SelectionKey key) throws IOException{ ByteBuffer buf = (ByteBuffer)key.attachment(); buf.flip(); SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel(); while(buf.hasRemaining()){ sc.write(buf); } buf.compact(); } public static void selector() { Selector selector = null; ServerSocketChannel ssc = null; try{ selector = Selector.open(); ssc= ServerSocketChannel.open(); ssc.socket().bind(new InetSocketAddress(PORT)); ssc.configureBlocking(false); ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); while(true){ if(selector.select(TIMEOUT) == 0){ System.out.println("=="); continue; } Iterator iter = selector.selectedKeys().iterator(); while(iter.hasNext()){ SelectionKey key = iter.next(); if(key.isAcceptable()){ handleAccept(key); } if(key.isReadable()){ handleRead(key); } if(key.isWritable() && key.isValid()){ handleWrite(key); } if(key.isConnectable()){ System.out.println("isConnectable = true"); } iter.remove(); } } }catch(IOException e){ e.printStackTrace(); }finally{ try{ if(selector!=null){ selector.close(); } if(ssc!=null){ ssc.close(); } }catch(IOException e){ e.printStackTrace(); } } } }
下面來慢慢講解這段代碼。
ServerSocketChannel
打開ServerSocketChannel:
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
關(guān)閉ServerSocketChannel:
serverSocketChannel.close();
監(jiān)聽新進(jìn)來的連接:
while(true){ SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept(); }
ServerSocketChannel可以設(shè)置成非阻塞模式。在非阻塞模式下,accept() 方法會立刻返回,如果還沒有新進(jìn)來的連接,返回的將是null。因此,需要檢查返回的SocketChannel是否是null.如:
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open(); serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999)); serverSocketChannel.configureBlocking(false); while (true) { SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept(); if (socketChannel != null) { // do something with socketChannel... } }
Selector
Selector的創(chuàng)建:Selector selector = Selector.open();
為了將Channel和Selector配合使用,必須將Channel注冊到Selector上,通過SelectableChannel.register()方法來實(shí)現(xiàn),沿用案例5中的部分代碼:
ssc= ServerSocketChannel.open(); ssc.socket().bind(new InetSocketAddress(PORT)); ssc.configureBlocking(false); ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
與Selector一起使用時(shí),Channel必須處于非阻塞模式下。這意味著不能將FileChannel與Selector一起使用,因?yàn)镕ileChannel不能切換到非阻塞模式。而套接字通道都可以。
注意register()方法的第二個(gè)參數(shù)。這是一個(gè)“interest集合”,意思是在通過Selector監(jiān)聽Channel時(shí)對什么事件感興趣??梢员O(jiān)聽四種不同類型的事件:
1. Connect 2. Accept 3. Read 4. Write
通道觸發(fā)了一個(gè)事件意思是該事件已經(jīng)就緒。所以,某個(gè)channel成功連接到另一個(gè)服務(wù)器稱為“連接就緒”。一個(gè)server socket channel準(zhǔn)備好接收新進(jìn)入的連接稱為“接收就緒”。一個(gè)有數(shù)據(jù)可讀的通道可以說是“讀就緒”。等待寫數(shù)據(jù)的通道可以說是“寫就緒”。
這四種事件用SelectionKey的四個(gè)常量來表示:
1. SelectionKey.OP_CONNECT 2. SelectionKey.OP_ACCEPT 3. SelectionKey.OP_READ 4. SelectionKey.OP_WRITE
SelectionKey
當(dāng)向Selector注冊Channel時(shí),register()方法會返回一個(gè)SelectionKey對象。這個(gè)對象包含了一些你感興趣的屬性:
interest集合:就像向Selector注冊通道一節(jié)中所描述的,interest集合是你所選擇的感興趣的事件集合。可以通過SelectionKey讀寫interest集合。
ready 集合是通道已經(jīng)準(zhǔn)備就緒的操作的集合。在一次選擇(Selection)之后,你會首先訪問這個(gè)ready set。Selection將在下一小節(jié)進(jìn)行解釋。可以這樣訪問ready集合:
int readySet = selectionKey.readyOps();
可以用像檢測interest集合那樣的方法,來檢測channel中什么事件或操作已經(jīng)就緒。但是,也可以使用以下四個(gè)方法,它們都會返回一個(gè)布爾類型:
selectionKey.isAcceptable(); selectionKey.isConnectable(); selectionKey.isReadable(); selectionKey.isWritable();
從SelectionKey訪問Channel和Selector很簡單。如下:
Channel channel = selectionKey.channel(); Selector selector = selectionKey.selector();
可以將一個(gè)對象或者更多信息附著到SelectionKey上,這樣就能方便的識別某個(gè)給定的通道。例如,可以附加 與通道一起使用的Buffer,或是包含聚集數(shù)據(jù)的某個(gè)對象。使用方法如下:
selectionKey.attach(theObject); Object attachedObj = selectionKey.attachment();
還可以在用register()方法向Selector注冊Channel的時(shí)候附加對象。如:
SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, theObject);
通過Selector選擇通道
一旦向Selector注冊了一或多個(gè)通道,就可以調(diào)用幾個(gè)重載的select()方法。這些方法返回你所感興趣的事件(如連接、接受、讀或?qū)懀┮呀?jīng)準(zhǔn)備就緒的那些通道。換句話說,如果你對“讀就緒”的通道感興趣,select()方法會返回讀事件已經(jīng)就緒的那些通道。
select()阻塞到至少有一個(gè)通道在你注冊的事件上就緒了。
select(long timeout)和select()一樣,除了最長會阻塞timeout毫秒(參數(shù))。
selectNow()不會阻塞,不管什么通道就緒都立刻返回(譯者注:此方法執(zhí)行非阻塞的選擇操作。如果自從前一次選擇操作后,沒有通道變成可選擇的,則此方法直接返回零。)。
select()方法返回的int值表示有多少通道已經(jīng)就緒。亦即,自上次調(diào)用select()方法后有多少通道變成就緒狀態(tài)。如果調(diào)用select()方法,因?yàn)橛幸粋€(gè)通道變成就緒狀態(tài),返回了1,若再次調(diào)用select()方法,如果另一個(gè)通道就緒了,它會再次返回1。如果對第一個(gè)就緒的channel沒有做任何操作,現(xiàn)在就有兩個(gè)就緒的通道,但在每次select()方法調(diào)用之間,只有一個(gè)通道就緒了。
一旦調(diào)用了select()方法,并且返回值表明有一個(gè)或更多個(gè)通道就緒了,然后可以通過調(diào)用selector的selectedKeys()方法,訪問“已選擇鍵集(selected key set)”中的就緒通道。如下所示:
Set selectedKeys = selector.selectedKeys();
當(dāng)向Selector注冊Channel時(shí),Channel.register()方法會返回一個(gè)SelectionKey 對象。這個(gè)對象代表了注冊到該Selector的通道。
注意每次迭代末尾的keyIterator.remove()調(diào)用。Selector不會自己從已選擇鍵集中移除SelectionKey實(shí)例。必須在處理完通道時(shí)自己移除。下次該通道變成就緒時(shí),Selector會再次將其放入已選擇鍵集中。
SelectionKey.channel()方法返回的通道需要轉(zhuǎn)型成你要處理的類型,如ServerSocketChannel或SocketChannel等。
一個(gè)完整的使用Selector和ServerSocketChannel的案例可以參考案例5的selector()方法。
內(nèi)存映射文件
JAVA處理大文件,一般用BufferedReader,BufferedInputStream這類帶緩沖的IO類,不過如果文件超大的話,更快的方式是采用MappedByteBuffer。
MappedByteBuffer是NIO引入的文件內(nèi)存映射方案,讀寫性能極高。NIO最主要的就是實(shí)現(xiàn)了對異步操作的支持。其中一種通過把一個(gè)套接字通道(SocketChannel)注冊到一個(gè)選擇器(Selector)中,不時(shí)調(diào)用后者的選擇(select)方法就能返回滿足的選擇鍵(SelectionKey),鍵中包含了SOCKET事件信息。這就是select模型。
SocketChannel的讀寫是通過一個(gè)類叫ByteBuffer來操作的.這個(gè)類本身的設(shè)計(jì)是不錯(cuò)的,比直接操作byte[]方便多了. ByteBuffer有兩種模式:直接/間接.間接模式最典型(也只有這么一種)的就是HeapByteBuffer,即操作堆內(nèi)存 (byte[]).但是內(nèi)存畢竟有限,如果我要發(fā)送一個(gè)1G的文件怎么辦?不可能真的去分配1G的內(nèi)存.這時(shí)就必須使用”直接”模式,即 MappedByteBuffer,文件映射.
先中斷一下,談?wù)劜僮飨到y(tǒng)的內(nèi)存管理.一般操作系統(tǒng)的內(nèi)存分兩部分:物理內(nèi)存;虛擬內(nèi)存.虛擬內(nèi)存一般使用的是頁面映像文件,即硬盤中的某個(gè)(某些)特殊的文件.操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)頁面文件內(nèi)容的讀寫,這個(gè)過程叫”頁面中斷/切換”. MappedByteBuffer也是類似的,你可以把整個(gè)文件(不管文件有多大)看成是一個(gè)ByteBuffer.MappedByteBuffer 只是一種特殊的ByteBuffer,即是ByteBuffer的子類。MappedByteBuffer 將文件直接映射到內(nèi)存(這里的內(nèi)存指的是虛擬內(nèi)存,并不是物理內(nèi)存)。通常,可以映射整個(gè)文件,如果文件比較大的話可以分段進(jìn)行映射,只要指定文件的那個(gè)部分就可以。
概念
FileChannel提供了map方法來把文件影射為內(nèi)存映像文件:MappedByteBuffer map(int mode,long position,long size); 可以把文件的從position開始的size大小的區(qū)域映射為內(nèi)存映像文件,mode指出了 可訪問該內(nèi)存映像文件的方式:
READ_ONLY,(只讀):試圖修改得到的緩沖區(qū)將導(dǎo)致拋出 ReadOnlyBufferException.(MapMode.READ_ONLY)
READ_WRITE(讀/寫):對得到的緩沖區(qū)的更改最終將傳播到文件;該更改對映射到同一文件的其他程序不一定是可見的。(MapMode.READ_WRITE)
PRIVATE(專用):對得到的緩沖區(qū)的更改不會傳播到文件,并且該更改對映射到同一文件的其他程序也不是可見的;相反,會創(chuàng)建緩沖區(qū)已修改部分的專用副本。(MapMode.PRIVATE)
MappedByteBuffer是ByteBuffer的子類,其擴(kuò)充了三個(gè)方法:
force():緩沖區(qū)是READ_WRITE模式下,此方法對緩沖區(qū)內(nèi)容的修改強(qiáng)行寫入文件;
load():將緩沖區(qū)的內(nèi)容載入內(nèi)存,并返回該緩沖區(qū)的引用;
isLoaded():如果緩沖區(qū)的內(nèi)容在物理內(nèi)存中,則返回真,否則返回假;
案例對比
這里通過采用ByteBuffer和MappedByteBuffer分別讀取大小約為5M的文件”src/1.ppt”來比較兩者之間的區(qū)別,method3()是采用MappedByteBuffer讀取的,method4()對應(yīng)的是ByteBuffer。
public static void method4(){ RandomAccessFile aFile = null; FileChannel fc = null; try{ aFile = new RandomAccessFile("src/1.ppt","rw"); fc = aFile.getChannel(); long timeBegin = System.currentTimeMillis(); ByteBuffer buff = ByteBuffer.allocate((int) aFile.length()); buff.clear(); fc.read(buff); //System.out.println((char)buff.get((int)(aFile.length()/2-1))); //System.out.println((char)buff.get((int)(aFile.length()/2))); //System.out.println((char)buff.get((int)(aFile.length()/2)+1)); long timeEnd = System.currentTimeMillis(); System.out.println("Read time: "+(timeEnd-timeBegin)+"ms"); }catch(IOException e){ e.printStackTrace(); }finally{ try{ if(aFile!=null){ aFile.close(); } if(fc!=null){ fc.close(); } }catch(IOException e){ e.printStackTrace(); } } } public static void method3(){ RandomAccessFile aFile = null; FileChannel fc = null; try{ aFile = new RandomAccessFile("src/1.ppt","rw"); fc = aFile.getChannel(); long timeBegin = System.currentTimeMillis(); MappedByteBuffer mbb = fc.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, aFile.length()); // System.out.println((char)mbb.get((int)(aFile.length()/2-1))); // System.out.println((char)mbb.get((int)(aFile.length()/2))); //System.out.println((char)mbb.get((int)(aFile.length()/2)+1)); long timeEnd = System.currentTimeMillis(); System.out.println("Read time: "+(timeEnd-timeBegin)+"ms"); }catch(IOException e){ e.printStackTrace(); }finally{ try{ if(aFile!=null){ aFile.close(); } if(fc!=null){ fc.close(); } }catch(IOException e){ e.printStackTrace(); } } }
通過在入口函數(shù)main()中運(yùn)行:
method3(); System.out.println("============="); method4();
輸出結(jié)果(運(yùn)行在普通PC機(jī)上):
Read time: 2ms ============= Read time: 12ms
通過輸出結(jié)果可以看出彼此的差別,一個(gè)例子也許是偶然,那么下面把5M大小的文件替換為200M的文件,輸出結(jié)果:
Read time: 1ms ============= Read time: 407ms
注:MappedByteBuffer有資源釋放的問題:被MappedByteBuffer打開的文件只有在垃圾收集時(shí)才會被關(guān)閉,而這個(gè)點(diǎn)是不確定的。在Javadoc中這里描述:A mapped byte buffer and the file mapping that it represents remian valid until the buffer itself is garbage-collected。詳細(xì)可以翻閱參考資料5和6.
其余功能介紹
看完以上陳述,詳細(xì)大家對NIO有了一定的了解,下面主要通過幾個(gè)案例,來說明NIO的其余功能,下面代碼量偏多,功能性講述偏少。
Scatter/Gatter
分散(scatter)從Channel中讀取是指在讀操作時(shí)將讀取的數(shù)據(jù)寫入多個(gè)buffer中。因此,Channel將從Channel中讀取的數(shù)據(jù)“分散(scatter)”到多個(gè)Buffer中。
聚集(gather)寫入Channel是指在寫操作時(shí)將多個(gè)buffer的數(shù)據(jù)寫入同一個(gè)Channel,因此,Channel 將多個(gè)Buffer中的數(shù)據(jù)“聚集(gather)”后發(fā)送到Channel。
scatter / gather經(jīng)常用于需要將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分開處理的場合,例如傳輸一個(gè)由消息頭和消息體組成的消息,你可能會將消息體和消息頭分散到不同的buffer中,這樣你可以方便的處理消息頭和消息體。
import java.io.File; import java.io.FileNotFoundException; import java.io.FileOutputStream; import java.io.IOException; import java.io.OutputStream; import java.nio.ByteBuffer; import java.nio.channels.Channel; import java.nio.channels.FileChannel; public class ScattingAndGather { public static void main(String args[]){ gather(); } public static void gather() { ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(10); ByteBuffer body = ByteBuffer.allocate(10); byte [] b1 = {'0', '1'}; byte [] b2 = {'2', '3'}; header.put(b1); body.put(b2); ByteBuffer [] buffs = {header, body}; try { FileOutputStream os = new FileOutputStream("src/scattingAndGather.txt"); FileChannel channel = os.getChannel(); channel.write(buffs); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } }
###transferFrom & transferTo FileChannel的transferFrom()方法可以將數(shù)據(jù)從源通道傳輸?shù)紽ileChannel中。
public static void method1(){ RandomAccessFile fromFile = null; RandomAccessFile toFile = null; try { fromFile = new RandomAccessFile("src/fromFile.xml","rw"); FileChannel fromChannel = fromFile.getChannel(); toFile = new RandomAccessFile("src/toFile.txt","rw"); FileChannel toChannel = toFile.getChannel(); long position = 0; long count = fromChannel.size(); System.out.println(count); toChannel.transferFrom(fromChannel, position, count); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } finally{ try{ if(fromFile != null){ fromFile.close(); } if(toFile != null){ toFile.close(); } } catch(IOException e){ e.printStackTrace(); } } }
方法的輸入?yún)?shù)position表示從position處開始向目標(biāo)文件寫入數(shù)據(jù),count表示最多傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)。如果源通道的剩余空間小于 count 個(gè)字節(jié),則所傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)要小于請求的字節(jié)數(shù)。此外要注意,在SoketChannel的實(shí)現(xiàn)中,SocketChannel只會傳輸此刻準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)(可能不足count字節(jié))。因此,SocketChannel可能不會將請求的所有數(shù)據(jù)(count個(gè)字節(jié))全部傳輸?shù)紽ileChannel中。
transferTo()方法將數(shù)據(jù)從FileChannel傳輸?shù)狡渌腸hannel中。
public static void method2() { RandomAccessFile fromFile = null; RandomAccessFile toFile = null; try { fromFile = new RandomAccessFile("src/fromFile.txt","rw"); FileChannel fromChannel = fromFile.getChannel(); toFile = new RandomAccessFile("src/toFile.txt","rw"); FileChannel toChannel = toFile.getChannel(); long position = 0; long count = fromChannel.size(); System.out.println(count); fromChannel.transferTo(position, count,toChannel); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } finally{ try{ if(fromFile != null){ fromFile.close(); } if(toFile != null){ toFile.close(); } } catch(IOException e){ e.printStackTrace(); } } }
上面所說的關(guān)于SocketChannel的問題在transferTo()方法中同樣存在。SocketChannel會一直傳輸數(shù)據(jù)直到目標(biāo)buffer被填滿。
Pipe
Java NIO 管道是2個(gè)線程之間的單向數(shù)據(jù)連接。Pipe有一個(gè)source通道和一個(gè)sink通道。數(shù)據(jù)會被寫到sink通道,從source通道讀取。
public static void method1(){ Pipe pipe = null; ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(2); try{ pipe = Pipe.open(); final Pipe pipeTemp = pipe; exec.submit(new Callable(){ @Override public Object call() throws Exception { Pipe.SinkChannel sinkChannel = pipeTemp.sink();//向通道中寫數(shù)據(jù) while(true){ TimeUnit.SECONDS.sleep(1); String newData = "Pipe Test At Time "+System.currentTimeMillis(); ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024); buf.clear(); buf.put(newData.getBytes()); buf.flip(); while(buf.hasRemaining()){ System.out.println(buf); sinkChannel.write(buf); } } } }); exec.submit(new Callable(){ @Override public Object call() throws Exception { Pipe.SourceChannel sourceChannel = pipeTemp.source();//向通道中讀數(shù)據(jù) while(true){ TimeUnit.SECONDS.sleep(1); ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024); buf.clear(); int bytesRead = sourceChannel.read(buf); System.out.println("bytesRead="+bytesRead); while(bytesRead >0 ){ buf.flip(); byte b[] = new byte[bytesRead]; int i=0; while(buf.hasRemaining()){ b[i]=buf.get(); System.out.printf("%X",b[i]); i++; } String s = new String(b); System.out.println("=================||"+s); bytesRead = sourceChannel.read(buf); } } } }); }catch(IOException e){ e.printStackTrace(); }finally{ exec.shutdown(); } }
DatagramChannel
Java NIO中的DatagramChannel是一個(gè)能收發(fā)UDP包的通道。因?yàn)閁DP是無連接的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,所以不能像其它通道那樣讀取和寫入。它發(fā)送和接收的是數(shù)據(jù)包。
public static void reveive(){ DatagramChannel channel = null; try{ channel = DatagramChannel.open(); channel.socket().bind(new InetSocketAddress(8888)); ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024); buf.clear(); channel.receive(buf); buf.flip(); while(buf.hasRemaining()){ System.out.print((char)buf.get()); } System.out.println(); }catch(IOException e){ e.printStackTrace(); }finally{ try{ if(channel!=null){ channel.close(); } }catch(IOException e){ e.printStackTrace(); } } } public static void send(){ DatagramChannel channel = null; try{ channel = DatagramChannel.open(); String info = "I'm the Sender!"; ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024); buf.clear(); buf.put(info.getBytes()); buf.flip(); int bytesSent = channel.send(buf, new InetSocketAddress("10.10.195.115",8888)); System.out.println(bytesSent); }catch(IOException e){ e.printStackTrace(); }finally{ try{ if(channel!=null){ channel.close(); } }catch(IOException e){ e.printStackTrace(); } } }
可以通過閱讀參考資料2和3了解更多的NIO細(xì)節(jié)知識,前人栽樹后人乘涼,這里就不贅述啦。
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