Java中的NIO实现原理

我不是女神ヾ 2022-06-17 09:56 174阅读 0赞

一．java NIO 和阻塞I/O的区别  
1. 阻塞I/O通信模型  
假如现在你对阻塞I/O已有了一定了解，我们知道阻塞I/O在调用InputStream.read()方法时是阻塞的，它会一直等到数据到来时（或超时）才会返回；同样，在调用ServerSocket.accept()方法时，也会一直阻塞到有客户端连接才会返回，每个客户端连接过来后，服务端都会启动一个线程去处理该客户端的请求。阻塞I/O的通信模型示意图如下：  
![这里写图片描述][SouthEast]

1.  java NIO原理及通信模型  
    Java NIO是在jdk1.4开始使用的，它既可以说成“新I/O”，也可以说成非阻塞式I/O。下面是java NIO的工作原理：
2.  由一个专门的线程来处理所有的 IO 事件，并负责分发。
3.  事件驱动机制：事件到的时候触发，而不是同步的去监视事件。
4.  线程通讯：线程之间通过 wait,notify 等方式通讯。保证每次上下文切换都是有意义的。减少无谓的线程切换。  
    阅读过一些资料之后，下面贴出我理解的java NIO的工作原理图：  
    ![（注：每个线程的处理流程大概都是读取数据、解码、计算处理、编码、发送响应。）][SouthEast 1]

Java NIO的服务端只需启动一个专门的线程来处理所有的 IO 事件，这种通信模型是怎么实现的呢？java NIO采用了双向通道（channel）进行数据传输，而不是单向的流（stream），在通道上可以注册我们感兴趣的事件。一共有以下四种事件：  
![这里写图片描述][SouthEast 2]

服务端和客户端各自维护一个管理通道的对象，我们称之为selector，该对象能检测一个或多个通道 (channel) 上的事件。我们以服务端为例，如果服务端的selector上注册了读事件，某时刻客户端给服务端发送了一些数据，阻塞I/O这时会调用read()方法阻塞地读取数据，而NIO的服务端会在selector中添加一个读事件。服务端的处理线程会轮询地访问selector，如果访问selector时发现有感兴趣的事件到达，则处理这些事件，如果没有感兴趣的事件到达，则处理线程会一直阻塞直到感兴趣的事件到达为止。下面是我理解的java NIO的通信模型示意图：  
![这里写图片描述][SouthEast 3]

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[SouthEast 1]: /images/20220617/65b513a378c544c4b124a81557589ca0.png
[SouthEast 2]: /images/20220617/a497a45d20944b30962d4953710b2ace.png
[SouthEast 3]: /images/20220617/beb32d22e28646fca859a396b7d91e1f.png