NIO之NIO介绍

旧城等待， 2023-03-02 10:26 26阅读 0赞

# BIO #

在介绍NIO之前，我们来了解一下BIO以及为什么会出现NIO。下面来见一段传统的BIO形式的代码。

Server

ServerSocket server = new ServerSocket();
            server.bind(new InetSocketAddress(9876));
    
            while(true) { 
                System.out.println("等待连接");
                //阻塞接收
                //程序释放CPU资源
                Socket accept = server.accept(); //mark1
                System.out.println("连接成功");
    
                //读数据
                byte[] buff = new byte[1024];
                int pos = accept.getInputStream().read(buff); //mark2
                String content = new String(buff);
                System.out.println("读出数据:" + content);
    
                //写数据
                accept.getOutputStream().write("服务器返回数据".getBytes());
                System.out.println("数据返回成功");
            }

Client

Socket socket = new Socket();
            socket.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 9876));
            Scanner sc = new Scanner(System.in);
            System.out.println("请输入内容");
            while(true) { 
                String next = sc.next();
                socket.getOutputStream().write(next.getBytes());
            }

代码很简单，非常常见的服务端客户端通信。那么在这段代码中，服务端有两个地方会阻塞，分别为mark1和mark2所标记的代码处。  
    运行Server，程序阻塞在mark1处等待客户连接，此时启动Client，Server端将运行至mark2处阻塞等待Client传输数据，Client传输数据后，Server结束一次while循环。这是我们最开始传统的运行方式，这样的形式我Server端同时只能处理一个Client的请求(因为mark1处被阻塞了)，如果想处理多个在BIO的模式下只能开多线程处理。  
    BIO的模式下多线程能同时处理多个客户端请求吗，答案是肯定的。但是会有什么问题：

*  多线程上下文切换的消耗
 *  服务器开线程数量的限制

很明显会带来上述几个问题，那么我们能不能用单线程来处理多个客户端呢？单线程同时处理多个客户端请求我们要处理什么问题？

# NIO #

能否以单线程处理多个客户端呢？答案是肯定的，我们只要处理两个问题，第一，将上述案例中的mark1变为非阻塞，第二，将mark2变为非阻塞形式，来看一段伪代码。

Set<Socket> set = new HashSet<>(); 
            ServerSocket server = new ServerSocket();
            server.bind(new InetSocketAddress(9876));
    
            while(true) { 
    			setServerSocketNoBlock(server); //假设存在使得ServerSocket变为非阻塞的方法
                Socket accept = server.accept();
    			if accept == null {  //handle1
    				//是否有客户端发送数据
    				if yes { 
    					for set { 
    						accept.read(buff);
    					}
    				}
    							
    				//continue
    			} else {  //handle2
    				setSocketNoBlock(accept); //假设存在使得Socket变为非阻塞的方法
    				set.add(accept);
    				for set { 
    					accept.read(buff);
    				}
    						
    				//continue
    			}          
            }

在上述代码中我们将原来的mark1和mark2都变为非阻塞的形式，这样回发生什么，我们分析一下。Server端进入while循环，此时没有客户端连接accept 为null，没有客户端发送数据，程序进入handle1后进入下一次循环。一旦有客户端连接上来，假设此时A客户端连接上来但是不发送数据，程序进入handle2处理后进入下一次循环，此时B客户端连接上来，程序进入handle2后进入下一次循环，此时A客户端发送了一条数据消息，程序进入handle1并且接收到了A客户端的消息之后进入下一次循环。这样的形式就实现了我们单线程来处理多个客户端的需求。  
    那么上述伪代码中的最重要的地方其实是两处非阻塞的代码，从JDK1.4开始，jdk官方给我们提供了ServerSocketChannel以及SocketChannel这两个类来代替我们原来的ServerSocket和Socket,查看其API可以发现configureBlocking函数，看其注释可知，这个方法就能实现非阻塞的模式，那么我们上述的伪代码即可实现。NIO大致原理就是这样，其中NIO还有几个比较重要的概念buff、channel和selector，我们后续博客会简单分析一下。

/** * Adjusts this channel's blocking mode. * * <p> If the given blocking mode is different from the current blocking * mode then this method invokes the {@link #implConfigureBlocking * implConfigureBlocking} method, while holding the appropriate locks, in * order to change the mode. </p> */
        public final SelectableChannel configureBlocking(boolean block)
            throws IOException
        { 
            synchronized (regLock) { 
                if (!isOpen())
                    throw new ClosedChannelException();
                if (blocking == block)
                    return this;
                if (block && haveValidKeys())
                    throw new IllegalBlockingModeException();
                implConfigureBlocking(block);
                blocking = block;
            }
            return this;
        }