快速掌握NIO和BIO的區別

阿新 • • 發佈：2019-12-31

NIO和BIO對比

NIO(non blocking I/O)非阻塞I/O,jdk1.4引入的新I/O，平時接觸的檔案的I/O操作是BIO，即阻塞I/O

BIO API使用

具體流程：

A.測試accept()方法的阻塞

public void testAccept() throws IOException{
	ServerSocket ss = new ServerSocket();
	ss.bind(new InetSocketAddress(9999));
	Socket sk = ss.accept();
	System.out.println("有連線連入");
}複製程式碼

JUnit測試，“有連線接入”沒有輸出，說明accept()方法產生阻塞了。 B.然後新增connect()方法測試的程式碼：

public void test 
Contect() throws Exception{
	Socket sk = new Socket();
	sk.connect(new InetSocketAddress(
			"127.0.0.1",9999));
	System.out.println("連線成功");
}複製程式碼

先執行伺服器端方法（testAccept()），再執行客戶端方法，發現accept()方法阻塞釋放了。另外“連線成功”正確輸出。如果不先啟動伺服器端方法，而直接執行客戶端方法，發現先是阻塞了一下，然後JUnit測試丟擲異常。總結：connect（）方法會產生阻塞，指定連線成功，阻塞才釋放。 accept()方法產生的阻塞，直到伺服器獲得到連線後，阻塞才釋放。 C.測試read()方法的阻塞性 C1. 再次修改testAccept()方法

InputStream  in 
= sk.getInputStream();
byte bts[] = new byte[1024];
in.read(bts);
System.out.println("讀取到了資料："+new String(bts));複製程式碼

C2.為了不讓連線中斷，需要修改testConnect（）

while（true）；複製程式碼

總結：read（）方法會產生阻塞，直到讀取到內容後，阻塞才被釋放。 D．測試write（）方法的阻塞性 D1.修改testAccept（）方法

for(int i =1;i<100000;i++){
	out.write("HelloWorld".getBytes());
	System.out.println(i);
}
System.out.println("資料寫完了。。。" 
);
}複製程式碼

先執行伺服器端方法，再執行客戶端方法；發現i輸出值為65513，阻塞了。

        for(int i =1;i<200000;i++){
		out.write("Hello".getBytes());
		System.out.println(i);
	}複製程式碼

微調程式碼，輸出到131026阻塞了。總結：write()方法也會產生阻塞，write()一直往出寫資料，但是沒有任何一方讀取資料，直到寫出到一定量（我的是655130B，不同電腦可能不同）的時候，產生阻塞。向網路卡裝置緩衝區中寫資料。

NIO 相關API

Channel檢視API ServerSocketChannel,SocketChannel基於NIO的（基於tcp實現的，安全的基於握手機制） DatagramChannel基於UDP協議，不安全

NIO-Channel API(上)

accept和connect使用

/**ServerSocketChannel.open()建立伺服器端物件
 * nio提供兩種模式：阻塞模式和非阻塞模式
 * 預設情況下是阻塞模式。
 * 通過ssc.configureBlocking(false)設定為非阻塞模式
 * @throws Exception
 */
@Test
public void testAccept() throws Exception{
	//建立伺服器端的服務通道
	ServerSocketChannel ssc = 
			ServerSocketChannel.open();
	//繫結埠號
	ssc.bind(new InetSocketAddress(8888));
	//設定非阻塞模式
	ssc.configureBlocking(false);
	//呼叫accpet方法獲取使用者請求的連線通到
	SocketChannel sc = ssc.accept();
	System.out.println("有連線連入");
}複製程式碼

執行發現，並沒有輸出“有連線接入”，通道提供阻塞和非阻塞兩種模式，預設為阻塞模式。可以在bind port之前新增ssc.configureBlocking(false);設定通道的非阻塞模式。再次執行“有連線接入”便輸出了。

public void testConnect() throws Exception{
	SocketChannel sc = SocketChannel.open();
	sc.configureBlocking(false);
	sc.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1",8888));
	System.out.println("連線成功");
}複製程式碼

為加sc.configureBlocking(false);之前，執行該方法丟擲異常，並沒有輸出“連線成功”，通道的connect()方法也是阻塞的；使用方法sc.configureBlocking(false);可以將客戶端連線通道設定為非阻塞模式。

read()、write()方法測試(過度)

sc.read(ByteBuffer dst)
sc.write(ByteBuffer src)複製程式碼

由於這兩個方法都需要ByteBuffer物件作為引數，所以我們需要先講ByteBuffer緩衝區。

NIO-ByteBuffer緩衝區API

public class DemoByteBuffer {
	/**ByteBuffer緩衝區類，有三個重要的屬性
	 * capacity	10：容量，該緩衝區可以最多儲存10個位元組
	 * position	0：表示位置
	 * limit 10:限制位（用在獲取元素時限制獲取的邊界）	
	 */
	@Test
	public void testByteBuffer(){
		ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(10);
		System.out.println();
	}
	/**put(byte bt)向快取區中新增一個位元組
	 *   每呼叫一次該方法position的值會加一。
	 */
	@Test
	public void testPut(){
		ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(10);
		byte b1 = 1;
		byte b2 = 2;
		buf.put(b1);
		buf.put(b2);
		buf.putInt(3);
		System.out.println();
	}
	/**get()獲取position指定位置的一個位元組內容。
	 * 每呼叫一次該方法，position++；
	 * 如果在呼叫get()時，position>=limit，
	 * 則丟擲異常BufferUnderflowException
	 * 
	 * position(int pt):設定position的值為pt
	 * position():獲取當前緩衝區的position屬性的值
	 * limit(int):設定限制為的值
	 * limit()：獲取當前緩衝區的limit屬性的值。
	 */
	@Test
	public void testGet(){
		ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(10);
		byte b1 = 1;
		byte b2 = 2;
		buf.put(b1);//1
		buf.put(b2);//2
		//設定position的值為0
		buf.position(0);
		//設定限制位（不想讓使用者獲取無用的資訊）
		buf.limit(2);
		System.out.println(buf.get());//
		System.out.println(buf.get());
		System.out.println(buf.get());
	}
	/**flip()方法：反轉快取區,一般用在新增完資料後。
	 * limit = position;將limit的值設定為當前position的值
       position = 0;再將position的值設定為0
	 */
	@Test
	public void testFlip(){
		ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(10);
		byte b1 = 1;
		byte b2 = 2;
		buf.put(b1);//1
		buf.put(b2);//2
		/*buf.limit(buf.position());
		buf.position(0);*/
		buf.flip();
	}
	/**clear()："清除快取區"
	 * 底層原始碼：
	 *  position = 0;
        limit = capacity;
       	通過資料覆蓋的方式達到清除的目的。
	 */
	@Test
	public void testClear(){
		ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(10);
		byte b1 = 1;
		byte b2 = 2;
		buf.put(b1);//1
		buf.put(b2);//2
		buf.clear();
		byte b3=33;
		buf.put(b3);
		buf.flip();
		for(int i = 0;i<buf.limit();i++){
			System.out.println(buf.get());
		}
	}
	/**hasRemaining()判斷緩衝區中是否還有有效的資料，有返回
	 * true,沒有返回false
	 * public final boolean hasRemaining() {
	        return position < limit;
	   }
	 */
	@Test
	public void testClear12(){
		ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(10);
		byte b1 = 1;
		byte b2 = 2;
		buf.put(b1);//1
		buf.put(b2);//2
		buf.clear();
		byte b3=33;
		buf.put(b3);
		buf.flip();
		/*for(int i = 0;i<buf.limit();i++){
			System.out.println(buf.get());
		}*/
		/*int i =0;
		while(i<buf.limit()){
			System.out.println(buf.get());
			i++;
		}*/
		while(buf.hasRemaining()){
			System.out.println(buf.get());
		}
	}
}複製程式碼

NIO-Channel API（下）

1、read()方法修改ChanelDemo類的testAccept方法：

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(10);
sc.read(buf);
System.out.println("有資料讀入："+buf.toString());複製程式碼

testConnect()方法不做任何修改，先執行testAccept()方法，發現在sc.read(buf)行丟擲了空指標異常。buf物件不可能為null，所以sc為null. 非阻塞程式設計最大的問題:不知道是否真正的有客戶端接入，所以容易產生空指標；所以需要人為設定阻塞。將SocketChannel sc = ssc.accept();改為：

while(sc==null){
	sc = ssc.accept();
}複製程式碼

再次執行testAccept()方法，空指標的問題解決了；然後再執行testConnect()方法，發現連線能夠正常建立，但是“有資料讀入了。。”並沒有輸出，說明即使ssc服務通道設定了非阻塞，也沒有改變得到的通道sc預設為阻塞模式，所以sc.read(buf)阻塞了。要不想讓read()方法阻塞，需要在呼叫read()之前加sc.configureBlocking(false)；這樣即使沒有讀到資料，“有資料讀入了。。”也能打印出來。
2、write()方法修改testContect()方法,追加以下程式碼：

ByteBuffer buf = ByteBuffer.wrap("HelloWorld".getBytes());
sc.write(buf);複製程式碼

測試bug，先不執行伺服器端方法，直接執行客戶端方法testConnect()，輸出“連線成功”，但是sc.write(buf)行丟擲NotYetConnectException異常。sc為何丟擲該異常？非阻塞模式很坑的地方在於不知道連線是否真正的建立。修改testConnect()：

ByteBuffer buf = ByteBuffer.wrap("HelloWorld".getBytes());
while(!sc.isConnected()){
	sc.finishConnect();
}
sc.write(buf);複製程式碼

再次執行testConnect()，之前的異常解決了，但是有出現了新的異常：

java.net.ConnectException: Connection refused: no further information
	at sun.nio.ch.SocketChannelImpl.checkConnect(Native Method)複製程式碼

先啟動伺服器端（testAccept()）,後啟動客戶端（testConnect()）即可。手寫NIO非阻塞模式難度較大，程式碼不是重點，重要在於引出設計思想。

Selector設計思想

問題的引入

使用BIO編寫程式碼模擬一下 (編寫一個伺服器端和客戶端程式，執行一次伺服器程式，執行四次客戶端程式模擬四個使用者執行緒)

public class BIOServer {
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		ServerSocket ss = new ServerSocket();
		ss.bind(new InetSocketAddress(7777));
		while(true){
			Socket sk = ss.accept();
			new Thread(new ServiceRunner(sk)).start();
		}
	}
}
class ServiceRunner implements Runnable{
	private Socket sk;
	public ServiceRunner(Socket sk){
		this.sk = sk;
	}
	public void run(){
		System.out.println("提供服務的執行緒id："+
				Thread.currentThread().getId());
		try {
			Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
}
public class BIOClient {
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		Socket sk = new Socket();
		sk.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1",7777));
		while(true);
	}
}複製程式碼

伺服器啟動負責為客戶端提供服務，當前執行緒的id：9 負責為客戶端提供服務，當前執行緒的id：10 負責為客戶端提供服務，當前執行緒的id：11 負責為客戶端提供服務，當前執行緒的id：12

分析該模式的缺點：缺點1：每增加一個使用者請求，就會建立一個新的執行緒為之提供服務。當使用者請求量特別巨大，執行緒數量就會隨之增大，繼而記憶體的佔用增大，所有不適用於高併發、高訪問的場景。缺點2：執行緒特別多，不僅佔用記憶體開銷，也會佔用大量的cpu開銷，因為cpu要做執行緒排程。缺點3：如果一個使用者僅僅是連入操作，並且長時間不做其他操作，會產生大量閒置執行緒。會使cpu做無意義的空轉，降低整體效能。缺點4：這個模型會導致真正需要被處理的執行緒（使用者請求）不能被及時處理。

解決方法

針對缺點3和缺點4，可以將閒置的執行緒設定為阻塞態，cpu是不會排程阻塞態的執行緒，避免了cpu的空轉。所以引入事件監聽機制實現。 Selector多路複用選擇器，起到事件監聽的作用。監聽哪個使用者執行操作，就喚醒對應的執行緒執行。那麼都有哪些事件呢？事件：1.accept事件、2.connect事件、3.read事件、4.write事件

針對缺點1和缺點2，可以利用非阻塞模型來實現，利用少量執行緒甚至一個執行緒來處理多使用者請求。但是注意，這個模型是有使用場景的，適用於大量短請求場景。（比如使用者訪問電商網站），不適合長請求場景（比如下載大檔案，這種場景，NIO不見得比BIO好）

擴充套件知識驚群現象，隱患：cpu的負載會在短時間之內聚升，最嚴重的情況時出現短暫卡頓甚至宕機。第二個問題就是效能不高。

Selector服務通道API

accept事件

編寫伺服器端程式：

public class NIOServer {
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
		ssc.bind(new InetSocketAddress(6666));
		//設定為非阻塞
		ssc.configureBlocking(false);
		//定義多路複用選擇器
		Selector sel = Selector.open();
		//註冊accept事件
		ssc.register(sel,SelectionKey.OP_ACCEPT);
		while(true){
			//select()在沒有收到相關事件時產生阻塞，直到
			//有事件觸發，阻塞才會得以釋放
			sel.select();
			//獲取所有的請求的事件
			Set<SelectionKey> sks = sel.selectedKeys();
			Iterator<SelectionKey> iter = sks.iterator();
			while(iter.hasNext()){
				SelectionKey sk = iter.next();
				if(sk.isAcceptable()){
					ServerSocketChannel ssc1= 
						(ServerSocketChannel)sk.channel();
					SocketChannel sc = ssc1.accept();
					while(sc==null){
						sc = ssc1.accept();
					}
					sc.configureBlocking(false);
					//為sc註冊read和write事件
					//0000 0001  OP_READ
					//0000 0100  OP_WRITE
					//0000 0101  OP_READ和OP_WRITE
					sc.register(sel,SelectionKey.OP_WRITE|SelectionKey.OP_READ);
					System.out.println("提供服務的執行緒id:"+
						Thread.currentThread().getId());
				}
				if(sk.isWritable()){
				}
				if(sk.isReadable()){
				}
                                iter.remove();
			}
		}
	}
}

編寫客戶端程式碼：
public static void main(String[] args) throws Exception {
		SocketChannel sc = SocketChannel.open();
		sc.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1",6666));
		//sc.configureBlocking(false);
		System.out.println("客戶端有連線連入");
while(true);
	}
}複製程式碼

伺服器端啟動一次，客戶端啟動三次，伺服器端的控制檯輸出：伺服器端啟動有客戶端連入，負責處理該請求的執行緒id:1 有客戶端連入，負責處理該請求的執行緒id:1 有客戶端連入，負責處理該請求的執行緒id:1 處理多個請求使用同一個執行緒。該設計架構只適用的高併發短請求的場景中。

read事件

修改Server類

if(sk.isReadable()){
	//獲取連線物件
	SocketChannel sc = (SocketChannel)sk.channel();
	ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(10);
	sc.read(buf);
	System.out.println("伺服器端讀取到："+new String(buf.array()));
	//0000 0101  sk.interestOps()獲取原事件
	//1111 1110   ！OP_READ
	//0000 0100  OP_WRITE
	//sc.register(sel,SelectionKey.OP_WRITE);
	sc.register(sel,sk.interestOps()&~SelectionKey.OP_READ);
}複製程式碼

修改Client類

System.out.println("客戶端連入");
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(
"helloworld".getBytes());
sc.write(buffer);
while(true);複製程式碼

write事件

修改Servet

if(sk.isWritable()){
	//獲取SocketChannel
	SocketChannel sc = (SocketChannel)sk.channel();
	ByteBuffer buf = ByteBuffer.wrap("get".getBytes());
	sc.write(buf);
	//去掉寫事件
	sc.register(sel,sk.interestOps()&~SelectionKey.OP_WRITE);
}複製程式碼

修改Client類

public class NIOClient {
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		SocketChannel sc = SocketChannel.open();
		sc.configureBlocking(false);
		sc.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1",6666));
		while(!sc.isConnected()){
			sc.finishConnect();
		}
		System.out.println("客戶端有連線連入");
		ByteBuffer buf = ByteBuffer.wrap(
				"helloworld".getBytes());
		sc.write(buf);
		System.out.println("客戶端資訊已經寫出");
		ByteBuffer readBuf = ByteBuffer.allocate(3);
		sc.read(readBuf);
		System.out.println("客戶端讀到伺服器端傳遞過來的資訊："
		      +new String(readBuf.array()));
		while(true);
	}
}複製程式碼

public class Client2 {
public static void main(String[] args) throws IOException {
	SocketChannel sc = SocketChannel.open();
	sc.configureBlocking(false);
	sc.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1",9999));
	//對於客戶端，最開始要註冊連線監聽
	Selector selector = Selector.open();
	sc.register(selector,SelectionKey.OP_CONNECT);
        while(true){
		selector.select();
		Set<SelectionKey> set = selector.selectedKeys();
		Iterator<SelectionKey> iter = set.iterator();
		while(iter.hasNext()){
			SelectionKey sk = iter.next();
			if(sk.isConnectable()){
			}
			if(sk.isWritable()){
			}
			if(sk.isReadable()){
			}
			iter.remove();
		}
	}
}
}複製程式碼

快速掌握NIO和BIO的區別

NIO和BIO對比

BIO API使用

具體流程：

NIO 相關API

NIO-Channel API(上)

accept和connect使用

read()、write()方法測試(過度)

NIO-ByteBuffer緩衝區API

NIO-Channel API（下）

Selector設計思想

問題的引入

解決方法

Selector服務通道API

accept事件

read事件

write事件

快速掌握NIO和BIO的區別

BIO和NIO有啥區別？含小米、騰訊、阿里

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具體流程：

NIO 相關API

NIO-Channel API(上)

accept和connect使用

read()、write()方法測試(過度)

NIO-ByteBuffer緩衝區API

NIO-Channel API（下）

Selector設計思想

問題的引入

解決方法

Selector服務通道API

accept事件

read事件

write事件

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