并发:多线程抢占CPU,可能不同时执行,侧重于多个任务交替执行。(一个CPU) 并行:线程可以不共享CPU,可每个线程一个CPU同时执行多个任务。(多个CPU)
阻塞:相对于数据而言,需要一直等待数据准备好才能进行下一步操作(BIO,accept) 非阻塞:不管数据有没有准备好都可以往下执行下一步逻辑
同步:相对于IO操作而言,在某个时间点只发生了一件事情,在IO读写操作的过程中不能再做别的事情 异步:相对于IO操作而言,在某个时间点发生了很多事情,在IO读写操作的瞬间还可以做别的事情
BIO:同步阻塞 NIO:异步非阻塞
简介:
异步 I/O 调用不但不会阻塞,并且可以注册对特定 I/O 事件诸如数据可读、新连接到来等等。
同步程序常常要求助于轮询,或者创建许许多多的线程以处理大量的连接。异步 I/O 的一个优势在于,它允许您同时根据大量的输入和输出执行 I/O。使用异步 I/O,您可以监听任何数量的通道上的事件,不用轮询,也不用额外的线程
Selector是一个对象,它可以注册到很多个Channel上,监听各个Channel上发生的事件,并且能够根据事件情况决定Channel读写。这样,通过一个线程管理多个Channel,就可以处理大量网络连接了。
有了Selector,我们就可以利用一个线程来处理所有的channels。线程之间的切换对操作系统来说代价是很高的,并且每个线程也会占用一定的系统资源。所以,对系统来说使用的线程越少越好。但是在多CPU的系统上也不能浪费,在这里我们只要知道使用Selector能够处理多个通道。
多个Channel注册到一个Selector上:
selector与channel的步骤:
Seletor用来注册对各种 I/O 事件感兴趣的地方,当哪些事件发生时,selector这个对象就会告诉我们所发生的事件。
1、 创建一个Selector对象
Selector selector = Selector.open();2 、将Channel注册到Selector
channel.configureBlocking(false); SelectionKey key =channel.register(selector,SelectionKey.OP_READ);通过调用 channel.register()方法来实现注册
需要把注册的Channel设置为异步模式,这样方可实现工作。
regsiter( ) 的第二个参数,是注册的Selector对Channel中对哪些事件感兴趣,事件的类型有:
Connect 、Accept 、Read 、 Write
通道触发了一个事件意思是该事件已经 Ready(就绪)。所以,某个Channel成功连接到另一个服务器称为 Connect Ready。一个ServerSocketChannel准备好接收新连接称为 Accept Ready,一个有数据可读的通道可以说是 Read Ready,等待写数据的通道可以说是Write Ready。
四个事件对应到SelectionKey中的四个常量:SelectionKey.OP_CONNECT 、 SelectionKey.OP_ACCEPT 、 SelectionKey.OP_READ 、 SelectionKey.OP_WRITE(注意:如果对对个事件感兴趣可用 or 进行连接)
3、将Channel注册到Selector后返回的SelectionKey:
调用 register( ) 的调用的一个返回值是一个SelectionKey。SelectionKey代表这个通道在此Seletor上的这个注册。当某个Selector通知你某个传入事件时,它是通过提供对应该事件的SelectionKey来进行的。SelectionKey还可以通过取消通道的注册。SelectionKey中包含如下属性:The interest set 、 The ready set 、 The Channel 、 The Selector 、 An attached object (optional)
Interest Set
我们将Channel注册到Selector来监听感兴趣的事件,intereset set就是我们选择感性去的事件:
int interestSet = selectionKey.interestOps(); boolean isInterestedInAccept = interestSet & SelectionKey.OP_ACCEPT; boolean isInterestedInConnect = interestSet & SelectionKey.OP_CONNECT; boolean isInterestedInRead = interestSet & SelectionKey.OP_READ; boolean isInterestedInWrite = interestSet & SelectionKey.OP_WRITE;我们可以使用And和SelectionKey中的常量做运算,从SelectionKey中找到我们感兴趣的事件。
Read Set
ready set 是通道已经准备就绪的操作的集合。在一次选Selection之后,你应该会首先访问这个ready set。Selection将在下一小节进行解释。可以这样访问ready集合:
int readySet = selectionKey.readyOps();可以用像检测interest集合那样的方法,来检测Channel中什么事件或操作已经就绪。但是,也可以使用以下四个方法,它们都会返回一个布尔类型:
selectionKey.isAcceptable(); selectionKey.isConnectable(); selectionKey.isReadable(); selectionKey.isWritable();Channel 和Selector 我们可以通过SelectionKey获得Selector和注册的Channel:
Channel channel = selectionKey.channel(); Selector selector = selectionKey.selector();Attach 一个对象 可以将一个对象或者更多信息attach 到SelectionKey上,这样就能方便的识别某个给定的通道。例如,可以附加 与通道一起使用的Buffer,或是包含聚集数据的某个对象。使用方法如下:
selectionKey.attach(theObject); Object attachedObj = selectionKey.attachment();还可以在用register()方法向Selector注册Channel的时候附加对象。如: SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, theObject);
select:
一旦向Selector注册了一或多个通道,就可以调用几个重载的select()方法。这些方法返回你所感兴趣的事件(如连接、接受、读或写)已经准备就绪的那些通道。换句话说,如果你对“Read Ready”的通道感兴趣,select()方法会返回读事件已经就绪的那些通道:
int select(): // 阻塞到至少有一个通道在你注册的事件上就绪 int select(long timeout): // select()一样,除了最长会阻塞timeout毫秒(参数) int selectNow(): //不会阻塞,不管什么通道就绪都立刻返回,此方法执行非阻塞的选择操作。如果自从前一次选择操作后,没有通道变成可选择的,则此方法直接返回零。select()方法返回的int值表示有多少通道已经就绪。亦即,自上次调用select()方法后有多少通道变成就绪状态。如果调用select()方法,因为有一个通道变成就绪状态,返回了1,若再次调用select()方法,如果另一个通道就绪了,它会再次返回1。如果对第一个就绪的channel没有做任何操作,现在就有两个就绪的通道,但在每次select()方法调用之间,只有一个通道处于就绪状态。
selectedKeys():
一旦调用了select()方法,它就会返回一个数值,表示一个或多个通道已经就绪,然后你就可以通过调用selector.selectedKeys()方法返回的SelectionKey集合来获得就绪的Channel。请看演示方法:
Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();当你通过Selector注册一个Channel时,channel.register()方法会返回一个SelectionKey对象,这个对象就代表了你注册的Channel。这些对象可以通过selectedKeys()方法获得。你可以通过迭代这些selected key来获得就绪的Channel,下面是演示代码:
Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys(); Iterator<SelectionKey> keyIterator = selectedKeys.iterator(); while(keyIterator.hasNext()) { SelectionKey key = keyIterator.next(); if(key.isAcceptable()) { // a connection was accepted by a ServerSocketChannel. } else if (key.isConnectable()) { // a connection was established with a remote server. } else if (key.isReadable()) { // a channel is ready for reading } else if (key.isWritable()) { // a channel is ready for writing } keyIterator.remove(); }这个循环遍历selected key的集合中的每个key,并对每个key做测试来判断哪个Channel已经就绪。
请注意循环中最后的keyIterator.remove()方法。Selector对象并不会从自己的selected key集合中自动移除SelectionKey实例。我们需要在处理完一个Channel的时候自己去移除。当下一次Channel就绪的时候,Selector会再次把它添加到selected key集合中。
JAVA NIO server demo:
socket server端工作标准流程
创建socket: 创建ServerSocketChannel,通过ServerSocketChannel.open()方法。绑定socket:ServerSocketChannel绑定端口,通过serverSocketChannel.bind()方法。前置准备: 创建selector对象,通过Selector.open()方法。前置准备: 注册Channel到selector并绑定事件,通过serverSocketChannel.register()。监听端口号: 通过listen()方法开始进入监听。处理事件: while循环中等待select操作返回区分连接还是数据进行不同处理。NIO java代码实例:
import java.io.IOException; import java.net.InetSocketAddress; import java.nio.ByteBuffer; import java.nio.channels.SelectionKey; import java.nio.channels.Selector; import java.nio.channels.ServerSocketChannel; import java.nio.channels.SocketChannel; import java.util.Iterator; public class NIOServer { private Selector selector; public void initServer(int port) throws IOException { // 获得一个ServerSocketChannel通道 ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open(); // 设置通道为非阻塞 serverSocketChannel.configureBlocking(false); // 将该通道对应的ServerSocket绑定到port端口 serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(port)); // 获得一个通道管理器 this.selector = Selector.open(); // 将通道管理器和该通道绑定,并为该通道注册SelectionKey.OP_ACCEPT事件,注册该事件后, // 当该事件到达时,selector.select()会返回,如果该事件没到达selector.select()会一直阻塞。 serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); } public void listen() throws IOException { System.out.println("服务端启动成功!"); // 轮询访问selector while (true) { // 当注册的事件到达时,方法返回;否则,该方法会一直阻塞 selector.select(); // 获得selector中选中的项的迭代器,选中的项为注册的事件 Iterator<SelectionKey> ite = this.selector.selectedKeys().iterator(); while (ite.hasNext()) { SelectionKey key = (SelectionKey) ite.next(); // 删除已选的key,以防重复处理 ite.remove(); if (key.isAcceptable()) {// 客户端请求连接事件 ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel(); // 获得和客户端连接的通道 SocketChannel channel = server.accept(); // 设置成非阻塞 channel.configureBlocking(false); // 在这里可以给客户端发送信息哦 channel.write(ByteBuffer.wrap(new String("向客户端发送了一条信息") .getBytes("utf-8"))); // 在和客户端连接成功之后,为了可以接收到客户端的信息,需要给通道设置读的权限。 channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ); } else if (key.isReadable()) {// 获得了可读的事件 read(key); } } } } public void read(SelectionKey key) throws IOException { // 服务器可读取消息:得到事件发生的Socket通道 SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel(); // 创建读取的缓冲区 ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(512); channel.read(buffer); byte[] data = buffer.array(); String msg = new String(data).trim(); System.out.println("服务端收到信息:" + msg); ByteBuffer outBuffer = ByteBuffer.wrap(msg.getBytes("utf-8")); channel.write(outBuffer);// 将消息回送给客户端 } public static void main(String[] args) throws IOException { NIOServer server = new NIOServer(); server.initServer(8000); server.listen(); } }
ServerSocketChannel 是一个基于通道的socket监听器。它同我们所熟悉的 ServerSocket 执行相同的基本 任务,不过它增加了通道语义,因此能够在非阻塞模式下运行。
使用 ServerSocketChannel 的静态 open() 工厂方法创建一个新的 ServerSocketChannel对象。
把 ServerSocketChannel 的通道设置为非阻塞。
给 ServerSocketChannel 对象绑定端口
ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open(); serverChannel.configureBlocking(false); serverChannel.socket().bind(localAddress);非阻塞:
public class ServerSocketChannelApp { private static final String MSG = "hello, I must be going \n"; public static void main(String[] args) throws Exception { ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open(); ServerSocket ss = ssc.socket(); ss.bind(new InetSocketAddress(8888)); ssc.configureBlocking(false); ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(MSG.getBytes()); while (true) { System.out.println("wait for connection ……"); SocketChannel sc = ssc.accept(); if (sc == null) { // no connections, snooze a while ... Thread.sleep(1000); } else { System.out.println("Incoming connection from " + sc.socket().getRemoteSocketAddress()); buffer.rewind(); //write msg to client sc.write(buffer); sc.close(); } } } }阻塞:
public class ServerSocketApp { public static void main(String[] args) throws Exception { ServerSocket ss = new ServerSocket(8989); ss.accept(); System.out.println(1); } }
1、一个NIO是不是只有一个selector?
不是,一个系统可以有多个selector。
2、selector 是不是只能注册一个ServerSocketChannel?
可以注册多个
一个线程(服务员)+selector 既要看大门又要提供客人的点菜服务。
注意:一个线程加一个 selector 才具有先多个客人服务的能力
创建多个线程(服务员),服务员A只负责A区域,服务员B只负责B区域等等,以及还有一个服务员负责看大门。
参考博客:
https://www.jianshu.com/p/7b507069debb
https://blog.csdn.net/suifeng3051/article/details/48441629 很好的一篇讲原理的博客
https://www.cnblogs.com/wuyida/p/6300966.html
https://segmentfault.com/a/1190000012651999 讲解 ServerSocketChannel的