本篇內(nèi)容介紹了“Java NIO開(kāi)發(fā)的實(shí)例介紹”的有關(guān)知識(shí)，在實(shí)際案例的操作過(guò)程中，不少人都會(huì)遇到這樣的困境，接下來(lái)就讓小編帶領(lǐng)大家學(xué)習(xí)一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細(xì)閱讀，能夠?qū)W有所成！

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首先來(lái)看下傳統(tǒng)的阻塞型網(wǎng)絡(luò)I/O的不足

Java 平臺(tái)傳統(tǒng)的I/O 系統(tǒng)都是基于Byte（字節(jié)）和Stream（數(shù)據(jù)流）的，相應(yīng)的I/O 操作都是阻塞型的，所以服務(wù)器程序也采用阻塞型I/O 進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀、寫(xiě)操作。本文以TCP長(zhǎng)連接模式來(lái)討論并發(fā)型服務(wù)器的相關(guān)設(shè)計(jì)，為了實(shí)現(xiàn)服務(wù)器程序的并發(fā)性要求，系統(tǒng)由一個(gè)單獨(dú)的主線程來(lái)監(jiān)聽(tīng)用戶發(fā)起的連接請(qǐng)求，一直處于阻塞狀態(tài)；當(dāng)有用戶連接請(qǐng)求到來(lái)時(shí)，程序都會(huì)啟一個(gè)新的線程來(lái)統(tǒng)一處理用戶數(shù)據(jù)的讀、寫(xiě)操作。

這種模式的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、實(shí)用、易管理；然而缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的：由于是為每一個(gè)客戶端分配一個(gè)線程來(lái)處理輸入、輸出數(shù)據(jù)，其線程與客戶機(jī)的比例近似為1：1，隨著線程數(shù)量的不斷增加，服務(wù)器啟動(dòng)了大量的并發(fā)線程，會(huì)大大加大系統(tǒng)對(duì)線程的管理開(kāi)銷，這將成為吞吐量瓶頸的主要原因；其次由于底層的I/O 操作采用的同步模式，I/O 操作的阻塞管理粒度是以服務(wù)于請(qǐng)求的線程為單位的,有可能大量的線程會(huì)閑置,處于盲等狀態(tài)，造成I/O資源利用率不高，影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。

對(duì)于并發(fā)型服務(wù)器，系統(tǒng)用在阻塞型I/O 等待和線程間切換的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于CPU 在內(nèi)存中處理數(shù)據(jù)的時(shí)間，因此傳統(tǒng)的阻塞型I/O 已經(jīng)成為制約系統(tǒng)性能的瓶頸。Java1.4 版本后推出的NIO 工具包，提供了非阻塞型I/O 的異步輸入輸出機(jī)制，為提高系統(tǒng)的性能提供了可實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)機(jī)制。

NIO 包及工作原理

針對(duì)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(lái)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(gè)抽象類，它有7 個(gè)子類分別對(duì)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(gè)Buffer對(duì)象相當(dāng)于一個(gè)數(shù)據(jù)容器，可以把它看作內(nèi)存中的一個(gè)大的數(shù)組，用來(lái)存儲(chǔ)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(duì)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(xiě)出，可以更高效的傳遞數(shù)據(jù)。我們這里主要討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(cè)自己感興趣的事件）。當(dāng)通道工作在同步方式時(shí)，它的功能和編程方法與傳統(tǒng)的ServerSocket、Socket 對(duì)象相似；當(dāng)通道工作在異步工作方式時(shí)，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(xiě)入操作）事件注冊(cè)到Selector 對(duì)象上，與Selector 對(duì)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(duì)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(cè)到Selector 對(duì)象上，Selector 在一個(gè)循環(huán)中不斷輪循監(jiān)視這各些注冊(cè)在其上的Socket 通道。SelectionKey 類則封裝了SelectableChannel 對(duì)象在Selector 中的注冊(cè)信息。當(dāng)Selector 監(jiān)測(cè)到在某個(gè)注冊(cè)的SelectableChannel 上發(fā)生了感興趣的事件時(shí),自動(dòng)激活產(chǎn)生一個(gè)SelectionKey對(duì)象,在這個(gè)對(duì)象中記錄了哪一個(gè)SelectableChannel 上發(fā)生了哪種事件，通過(guò)對(duì)被激活的SelectionKey 的分析,外界可以知道每個(gè)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(guò)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(guò)網(wǎng)絡(luò)事件驅(qū)動(dòng)模型實(shí)現(xiàn)的。我們應(yīng)用Select 機(jī)制，不用為每一個(gè)客戶端連接新啟線程處理，而是將其注冊(cè)到特定的Selector 對(duì)象上，這就可以在單線程中利用Selector 對(duì)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(kāi)銷，大幅度提高了系統(tǒng)性能。

當(dāng)有讀或?qū)懙热魏巫?cè)的事件發(fā)生時(shí)，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(guò)來(lái)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(dòng)通知，從而可以實(shí)現(xiàn)底層網(wǎng)絡(luò)I/O 無(wú)阻塞、流暢地讀寫(xiě)，而不像在原來(lái)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(xiě)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(xiě)入數(shù)據(jù)的時(shí)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(duì)象，負(fù)責(zé)接受用戶連接  */ private ServerSocketChannel server；  /**  * Selector對(duì)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(dòng)連接數(shù)  */ private int activeSockets；  /**  * 服務(wù)器Channel綁定的端口號(hào)  */ 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(hào)為9999  selector= Selector.open()；//初始化Selector對(duì)象  server=ServerSocketChannel.open()；//初始化服務(wù)器Channel對(duì)象  ServerSocket socket=server.socket()；//獲取服務(wù)器Channel對(duì)應(yīng)的//ServerSocket對(duì)象  socket.bind(new InetSocketAddress(port))；//把Socket綁定到監(jiān)聽(tīng)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(cè)到  Selector對(duì)象，并指出服務(wù)器Channel所感興趣的事件為可接受請(qǐng)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(méi)有   * 新的網(wǎng)絡(luò)事件發(fā)生時(shí)，此方法會(huì)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(shí)，繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)操作  }  /**  * 得到活動(dòng)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(dòng)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(gè)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(cè)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(shuō)明Channel是一個(gè)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(xiě)，則也說(shuō)明Channel是一個(gè)客戶端的連接通道，  * 進(jìn)行相應(yīng)的向客戶端寫(xiě)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(duì)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(cè)到Selector對(duì)象上，并且指出客戶端Channel所感  * 興趣的事件為可讀和可寫(xiě)  */ 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(xiě)數(shù)據(jù)操作  * @param key 客戶端選擇鍵對(duì)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(duì)象  */ private void doClientReadEvent(SelectionKey key)  {  代碼實(shí)現(xiàn)略；  }  }

從上面對(duì)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(gè)部分：1.向Selector對(duì)象注冊(cè)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。

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網(wǎng)站名稱：JavaNIO開(kāi)發(fā)的實(shí)例介紹
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