网站推广指标,建设网站实验活动小结,不用花生壳做网站服务器,个人flash网站1 BIO#xff0c;NIO#xff0c;AIO都有什么区别#xff0c;NIO的原理是什么#xff1f;
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BIO传统的网络通讯模型就是BIO同步阻塞IO 其实就是服务端创建一个ServerSocket 然后就是客户端用一个Socket去连接服务端的那个ServerSocket ServerSocket接收到了一个的连接请求就创建一个Socket和一个线程去跟那个Socket进行通讯。接着客户端和服务端就进行阻塞式的通信客户端发送一个请求服务端Socket进行处理后返回响应在响应返回前客户端那边就阻塞等待什么事情也做不了。 这种方式的缺点 每次一个客户端接入都需要在服务端创建一个线程来服务这个客户端这样大量客户端来的时候就会造成服务端的线程数量可能达到了几千甚至几万这样就可能会造成服务端过载过高最后崩溃死掉。 ———————————————— BIO模型图 Acceptor
传统的IO模型的网络服务的设计模式中有俩种比较经典的设计模式 一个是多线程 一种是依靠线程池来进行处理。如果是基于多线程的模式来的话就是这样的模式这种也是
Acceptor线程模型。 NIO
NIO: NIO是一种同步非阻塞IO, 基于Reactor模型来实现的。其实相当于就是一个线程处理大量的客户端的请求通过一个线程轮询大量的channel每次就获取一批有事件的channel然后对每个请求启动一个线程处理即可。这里的核心就是非阻塞就那个selector一个线程就可以不停轮询channel所有客户端请求都不会阻塞直接就会进来大不了就是等待一下排着队而已。这里面优化BIO的核心就是一个客户端并不是时时刻刻都有数据进行交互没有必要死耗着一个线程不放所以客户端选择了让线程歇一歇只有客户端有相应的操作的时候才发起通知创建一个线程来处理请求。 ———————————————— NIO模型图 Reactor模型: AIO
AIO异步非阻塞IO基于Proactor模型实现。 每个连接发送过来的请求都会绑定一个Buffer然后通知操作系统去完成异步的读这个时间你就可以去做其他的事情等到操作系统完成读之后就会调用你的接口给你操作系统异步读完的数据。这个时候你就可以拿到数据进行处理将数据往回写在往回写的过程同样是给操作系统一个Buffer让操作系统去完成写写完了来通知你。这俩个过程都有buffer存在数据都是通过buffer来完成读写。
这里面的主要的区别在于将数据写入的缓冲区后就不去管它剩下的去交给操作系统去完成。操作系统写回数据也是一样写到Buffer里面写完后通知客户端来进行读取数据。 ———————————————— AIO模型图 聊完了BIONIOAIO的区别之后现在我们再结合这三个模型来说下同步和阻塞的一些问题。
2 各种阻塞解释
同步阻塞
同步阻塞为什么说BIO是同步阻塞的呢其实这里说的不是针对网络通讯模型而言而是针对磁盘文件读写IO操作来说的。因为用BIO的流读写文件例如FileInputStrem是说你发起个IO请求直接hang死卡在那里必须等着搞完了这次IO才能返回。
同步非阻塞:
同步非阻塞为什么说NIO为啥是同步非阻塞因为无论多少客户端都可以接入服务端客户端接入并不会耗费一个线程只会创建一个连接然后注册到selector上去罢了你就可以去干其他你想干的其他事情了 一个selector线程不断的轮询所有的socket连接发现有事件了就通知你然后你就启动一个线程处理一个请求即可这个过程的话就是非阻塞的。但是这个处理的过程中你还是要先读取数据处理再返回的这是个同步的过程。
异步非阻塞
异步非阻塞为什么说AIO是异步非阻塞通过AIO发起个文件IO操作之后你立马就返回可以干别的事儿了接下来你也不用管了操作系统自己干完了IO之后告诉你说ok了 当你基于AIO的api去都写文件的时候 当你发起一个请求之后剩下的事情就是交给了操作系统当读写完成后 操作系统会来回调你的接口 告诉你操作完成 在这期间不需要等待 也不需要去轮询判断操作系统完成的状态你可以去干其他的事情。 同步就是自己还得主动去轮询操作系统异步就是操作系统反过来通知你。所以来说 AIO就是异步非阻塞的。
3 NIO核心组件详细讲解
学习NIO先来搞清楚一些相关的概念NIO通讯有哪些相关组件对应的作用都是什么之间有哪些联系
多路复用机制实现Selector
首先我们来了解下传统的Socket网络通讯模型。
传统Socket通讯原理图 为什么传统的socket不支持海量连接
每次一个客户端接入都是要在服务端创建一个线程来服务这个客户端的这会导致大量的客户端的时候服务端的线程数量可能达到几千甚至几万几十万这会导致服务器端程序负载过高不堪重负最终系统崩溃死掉。
接着来看下NIO是如何基于Selector实现多路复用机制支持的海量连接。
NIO原理图 多路复用机制是如何支持海量连接
NIO的线程模型 对Socket发起的连接不需要每个都创建一个线程完全可以使用一个Selector来多路复用监听N多个Channel是否有请求该请求是对应的连接请求还是发送数据的请求这里面是基于操作系统底层的Select通知机制的一个Selector不断的轮询多个Channel这样避免了创建多个线程只有当莫个Channel有对应的请求的时候才会创建线程可能说1000个请求 只有100个请求是有数据交互的 这个时候可能server端就提供10个线程就能够处理这些请求。这样的话就可以避免了创建大量的线程。
NIO如何通过Buffer来缓冲数据的
NIO中的Buffer是个什么东西 学习NIO首当其冲就是要了解所谓的Buffer缓冲区这个东西是NIO里比较核心的一个部分一般来说如果你要通过NIO写数据到文件或者网络或者是从文件和网络读取数据出来此时就需要通过Buffer缓冲区来进行。Buffer的使用一般有如下几个步骤
写入数据到Buffer调用flip()方法从Buffer中读取数据调用clear()方法或者compact()方法。
Buffer中对应的Position Mark CapacityLimit都啥 capacity 缓冲区容量的大小就是里面包含的数据大小。 limit 对buffer缓冲区使用的一个限制从这个index开始就不能读取数据了。 position 代表着数组中可以开始读写的index 不能大于limit。 mark 是类似路标的东西在某个position的时候设置一下mark此时就可以设置一个标记后续调用reset()方法可以把position复位到当时设置的那个mark上去把position或limit调整为小于mark的值时就丢弃这个mark。如果使用的是Direct模式创建的Buffer的话就会减少中间缓冲直接使用的是DirectorBuffer来进行数据的存储。 ————————————————
如何通过Channel和FileChannel读取Buffer数据写入磁盘的
NIO中Channel是什么
Channel是NIO中的数据通道类似流但是又有些不同Channel即可从中读取数据又可以从写数据到通道中但是流的读写通常是单向的。Channel可以异步的读写。Channel中的数据总是要先读到一个Buffer中或者从缓冲区中将数据写到通道中。 FileChannel的作用是什么 Buffer有不同的类型同样Channel也有好几个类型。 FileChannelDatagramChannelSocketChannelServerSocketChannel。这些通道涵盖了UDP 和 TCP 网络IO以及文件IO。而FileChannel就是文件IO对应的管道 在读取文件的时候会用到这个管道。
4 问题代码实现
BIO 和 NIO 作为 Server 端当建立了 10 个连接时分别产生多少个线程
答案 因为传统的 IO 也就是 BIO 是同步线程堵塞的所以每个连接都要分配一个专用线程来处理请求这样 10 个连接就会创建 10 个线程去处理。而 NIO 是一种同步非阻塞的 I/O 模型它的核心技术是多路复用可以使用一个链接上的不同通道来处理不同的请求所以即使有 10 个连接对于 NIO 来说开启 1 个线程就够了。 ————————————————
BIO 代码实现
publicclassDemoServerextendsThread{privateServerSocket serverSocket;publicint getPort(){return serverSocket.getLocalPort();}publicvoid run(){try{serverSocket newServerSocket(0);while(true){Socket socket serverSocket.accept();RequestHandler requestHandler newRequestHandler(socket);requestHandler.start();}}catch(IOException e){e.printStackTrace();}finally{if(serverSocket !null){try{serverSocket.close();}catch(IOException e){e.printStackTrace();}}}}publicstaticvoid main(String[] args)throwsIOException{DemoServer server newDemoServer();server.start();try(Socket client newSocket(InetAddress.getLocalHost(), server.getPort())){BufferedReader bufferedReader newBufferedReader(newInputStreamReader(client.getInputStream()));bufferedReader.lines().forEach(s -System.out.println(s));}}}
// 简化实现不做读取直接发送字符串classRequestHandlerextendsThread{privateSocket socket;RequestHandler(Socket socket){this.socket socket;}Overridepublicvoid run(){try(PrintWriter out newPrintWriter(socket.getOutputStream());){out.println(Hello world!);out.flush();}catch(Exception e){e.printStackTrace();}}}服务器端启动 ServerSocket端口 0 表示自动绑定一个空闲端口。 调用 accept 方法阻塞等待客户端连接。 利用 Socket 模拟了一个简单的客户端只进行连接、读取、打印。 当连接建立后启动一个单独线程负责回复客户端请求。 这样一个简单的 Socket 服务器就被实现出来了。 ———————————————— NIO 代码实现
publicclassNIOServerextendsThread{publicvoid run(){try(Selector selector Selector.open();ServerSocketChannel serverSocket ServerSocketChannel.open();){// 创建 Selector 和 ChannelserverSocket.bind(newInetSocketAddress(InetAddress.getLocalHost(),8888));serverSocket.configureBlocking(false);
// 注册到 Selector并说明关注点serverSocket.register(selector,SelectionKey.OP_ACCEPT);while(true){selector.select();// 阻塞等待就绪的 Channel这是关键点之一SetSelectionKey selectedKeys selector.selectedKeys();IteratorSelectionKey iter selectedKeys.iterator();while(iter.hasNext()){SelectionKey key iter.next();
// 生产系统中一般会额外进行就绪状态检查sayHelloWorld((ServerSocketChannel) key.channel());iter.remove();}}}catch(IOException e){e.printStackTrace();}}privatevoid sayHelloWorld(ServerSocketChannel server)throwsIOException{try(SocketChannel client server.accept();){ client.write(Charset.defaultCharset().encode(Hello world!));}}
// 省略了与前面类似的 main}首先通过 Selector.open() 创建一个 Selector作为类似调度员的角色。 然后创建一个 ServerSocketChannel并且向 Selector 注册通过指定 SelectionKey.OP_ACCEPT告诉调度员它关注的是新的连接请求。注意为什么我们要明确配置非阻塞模式呢这是因为阻塞模式下注册操作是不允许的会抛出 IllegalBlockingModeException 异常。 Selector 阻塞在 select 操作当有 Channel 发生接入请求就会被唤醒。 在 sayHelloWorld 方法中通过 SocketChannel 和 Buffer 进行数据操作在本例中是发送了一段字符串。 可以看到在前面两个样例中IO 都是同步阻塞模式所以需要多线程以实现多任务处理。而 NIO 则是利用了单线程轮询事件的机制通过高效地定位就绪的 Channel来决定做什么仅仅 select 阶段是阻塞的可以有效避免大量客户端连接时频繁线程切换带来的问题应用的扩展能力有了非常大的提高。
6 NIO与IO的区别
NIO即New IO这个库是在JDK1.4中才引入的。NIO和IO有相同的作用和目的但实现方式不同NIO主要用到的是块所以NIO的效率要比IO高很多。在Java API中提供了两套NIO一套是针对标准输入输出NIO另一套就是网络编程NIO。 NIO和IO的主要区别下表总结了Java IO和NIO之间的主要区别 ————————————————
1、面向流与面向缓冲 Java IO和NIO之间第一个最大的区别是IO是面向流的NIO是面向缓冲区的。 Java IO面向流意味着每次从流中读一个或多个字节直至读取所有字节它们没有被缓存在任何地方。此外它不能前后移动流中的数据。如果需要前后移动从流中读取的数据需要先将它缓存到一个缓冲区。Java NIO的缓冲导向方法略有不同。数据读取到一个它稍后处理的缓冲区需要时可在缓冲区中前后移动。这就增加了处理过程中的灵活性。但是还需要检查是否该缓冲区中包含所有您需要处理的数据。而且需确保当更多的数据读入缓冲区时不要覆盖缓冲区里尚未处理的数据。
2、阻塞与非阻塞IO Java IO的各种流是阻塞的。这意味着当一个线程调用read() 或 write() 时该线程被阻塞直到有一些数据被读取或数据完全写入。该线程在此期间不能再干任何事情了。Java NIO的非阻塞模式使一个线程从某通道发送请求读取数据但是它仅能得到目前可用的数据如果目前没有数据可用时就什么都不会获取而不是保持线程阻塞所以直至数据变的可以读取之前该线程可以继续做其他的事情。非阻塞写也是如此。一个线程请求写入一些数据到某通道但不需要等待它完全写入这个线程同时可以去做别的事情。线程通常将非阻塞IO的空闲时间用于在其它通道上执行IO操作所以一个单独的线程现在可以管理多个输入和输出通道channel。
3、选择器Selectors Java NIO的选择器允许一个单独的线程来监视多个输入通道你可以注册多个通道使用一个选择器然后使用一个单独的线程来“选择”通道这些通道里已经有可以处理的输入或者选择已准备写入的通道。这种选择机制使得一个单独的线程很容易来管理多个通道。
7 NIO和IO适用场景
NIO是为弥补传统IO的不足而诞生的但是尺有所短寸有所长**NIO也有缺点因为NIO是面向缓冲区的操作每一次的数据处理都是对缓冲区进行的那么就会有一个问题在数据处理之前必须要判断缓冲区的数据是否完整或者已经读取完毕如果没有假设数据只读取了一部分那么对不完整的数据处理没有任何意义。**所以每次数据处理之前都要检测缓冲区数据。 那么NIO和IO各适用的场景是什么呢 如果需要管理同时打开的成千上万个连接这些连接每次只是发送少量的数据例如聊天服务器这时候用NIO处理数据可能是个很好的选择。 而如果只有少量的连接而这些连接每次要发送大量的数据这时候传统的IO更合适。使用哪种处理数据需要在数据的响应等待时间和检查缓冲区数据的时间上作比较来权衡选择。
8 参考链接
https://blog.csdn.net/valada/article/details/96040288
https://blog.csdn.net/weixin_44195108/article/details/88640803
