9-高并发-IO读写的底层原理-句柄配置修改-JAVA NIO三大组件

ゝ一纸荒年。 2023-06-11 05:27 47阅读 0赞

## 一、内核缓冲区： ##

*  IO读写对于往往都是指上层程序的IO操作。实际上不是物理设备级别的读写，反而是缓存的复制。
 *  read和write都不负责数据在物理设备和内核缓冲区之间的交换。这项底层交换，由操作系统内核（Kernel）来完成。
 *  在应用程序中，无论是Socket的IO、还是文件IO操作，都属于上层应用的开发。

## 二、进程缓冲区： ##

*  内核缓冲区是为了减少频繁的与设备之间物理交换。
 *  上层应用使用read系统调用时，仅仅把数据从内核缓冲区复制到上层应用的缓冲区（进程缓冲区）。
 *  上层应用使用write系统调用时，仅仅把数据从进程缓冲区复制到内核缓冲区。这样，底层操作由操作系统控制（如读写中断）用户程序无需关心。
 *  ##                                      ![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpZG9uZ2xpYW5nemhpY2Fp_size_16_color_FFFFFF_t_70][] ##

## 三、四种主要IO模型 ##

*  同步阻塞IO-Blocking IO
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 *  通步非阻塞IO-None Blocking IO
 *  ![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpZG9uZ2xpYW5nemhpY2Fp_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]
 *  异步IO模型-Asynchronous IO
 *  ![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpZG9uZ2xpYW5nemhpY2Fp_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

## 四、合理配置 ##

及时采用最先进的模型，还需要进行合理的配置，就是Linux操作系统中文件句柄数的限制。默认为1024，即一个进程最多可以接受1024个socket连接。

## 五、Java NIO通信 ##

*  java NIO的三个核心组件：Channel、Buffer、Selector
 *  OIO：面向流（字符/字节），按照流的方式顺序读取，不能随意改变指针。阻塞的。
 *  NIO：面向缓冲区，可随意读取Buffer中任意位置数据。非阻塞。

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## 5.1Buffer: 重要成员属性： ##

*  capacity（容量-个数数量）、
 *  position（读写位置）、
 *  limit（读写限制）。
 *  mark（标记、临时存放position）

**在写入模式下，position的值变化规则如下：**

1.  在刚进入到写模式时，position值为0，表示当前的写入位置为从头开始。
2.  每当一个数据写到缓冲区之后，position会向后移动到下一个可写的位置。
3.  初始的position值为0，最大可写值position为limit-1。当position值达到limit时，缓冲区就已经无空间可写了。

**在读模式下，position的值变化规则如下：**

1.  当缓冲区刚开始进入到读模式时，position会被重置为0。
2.  当从缓冲区读取时，也是从position位置开始读。读取数据后，position向前移动到下一个可读的位置。
3.  position最大的值为最大可读上限limit，当position达到limit时，表明缓冲区已经无数据可读。

**flip翻转：**

1.  起点在哪里呢？当新建一个缓冲区时，缓冲区处于写入模式，这时是可以写数据的。
2.  数据写入后，如果要从缓冲区读取数据，这就要进行模式的切换，可以使用（即调用）flip翻转方法，将缓冲区变成读取模式。
3.  在这个flip翻转过程中，position会进行非常巨大的调整。
4.  具体的规则是：position由原来的写入位置，变成新的可读位置，也就是0，表示可以从头开始读。flip翻转的另外一半工作，就是要调整limit属性。

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## 5.2Buffer: 重要方法： ##

*  allocate()创建缓冲区
 *  put()写入到缓冲区
 *  flip()翻转：设置长度上限limit,设置position位置，清除mark
 *  get()从缓冲区读取
 *  rewind()倒带
 *  mark()和reset():mark-将当前position保存。reset-将mark恢复到position
 *  clear()清空缓冲区

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## 5.3NIO Channel-通道类 ##

通道的主要类型：FileChannel（文件）、SocketChannel（TCP连接）、ServerSocketChannel（监听）、DatagramChannel（UDP）

**数据总是从通道读到缓冲区、或者从缓冲区写入到通道**

## 5.4NIO Selector选择器 ##

*  选择器的使命是完成IO的多路复用。
 *  一般来说，一个单线程处理一个选择器，通过选择器，可以处理数百上千的通道。会大量减少线程之间上下文切换的开销。
 *  注册：通道注册选择器Channel.register(Selectorsel-选择器实例,int ops-要监控IO书事件类型)
 *  选择就绪事件：一个IO事件发生，如果在选择器中注册过，就会被选择器选中，并放入SelectionKey选择键集合中。
 *  选择器的使用流程：1.获取选择器实例2.将通道注册到选择器3.选出感兴趣的IO事件（选择器集合）
 *  select方法：select()-阻塞调用，一直到至少一个通道发生IO事件。
 *  select方法：select(Long timeout)-阻塞调用，最长阻塞事件为timeout。
 *  select方法：selectNow(Long timeout)-非阻塞，不管有没有IO事件，都会立刻返回。
 *  select方法：返回的整数值，代表发生IO事件的通道数。即上一次select和本次select之间发生事件的通道数。

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