动力节点Java301集基础

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Java NIO原理图文分析及代码实现
前言:

最近在分析hadoop的RPC(Remote Procedure Call Protocol ，远程过程调用协议，它是一种通过网络从远程计算机程序上请求服务，而不需要了解底层网络技术的协议。可以参考：http://baike.baidu.com/view/32726.htm ）机制时，发现hadoop的RPC机制的实现主要用到了两个技术：动态代理（动态代理可以参考博客：http://weixiaolu.iteye.com/blog/1477774 ）和java NIO。为了能够正确地分析hadoop的RPC源码，我觉得很有必要先研究一下java NIO的原理和具体实现。

这篇博客我主要从两个方向来分析java NIO

目录：
一．java NIO 和阻塞I/O的区别
1. 阻塞I/O通信模型
2. java NIO原理及通信模型
二．java NIO服务端和客户端代码实现

具体分析：

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：

如果你细细分析，一定会发现阻塞I/O存在一些缺点。根据阻塞I/O通信模型，我总结了它的两点缺点：
1. 当客户端多时，会创建大量的处理线程。且每个线程都要占用栈空间和一些CPU时间

2. 阻塞可能带来频繁的上下文切换，且大部分上下文切换可能是无意义的。

在这种情况下非阻塞式I/O就有了它的应用前景。

2. 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：

1. 由一个专门的线程来处理所有的 IO 事件，并负责分发。
2. 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。
3. 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。）

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？呵呵，我们一起来探究它的奥秘吧。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：

事件名

对应值

服务端接收客户端连接事件

SelectionKey.OP_ACCEPT(16)

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客户端连接服务端事件

SelectionKey.OP_CONNECT(8)

读事件

SelectionKey.OP_READ(1)

写事件

SelectionKey.OP_WRITE(4)

二．java NIO服务端和客户端代码实现

br>

br> 为了更好地理解java NIO,下面贴出服务端和客户端的简单代码实现。

br>

服务端：

Java代码

br>

package

cn.nio;

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 {

false

);

new

InetSocketAddress(port));

this

.selector = Selector.open();

public void

listen()

throws

IOException {

while

(

true

) {

this

.selector.selectedKeys().iterator();

while

(ite.hasNext()) {

(key.isAcceptable()) {

false

);

new

String("向客户端发送了一条信息").getBytes()));

this

.selector, SelectionKey.OP_READ);

else if

(key.isReadable()) {

public void

read(SelectionKey key)

throws

IOException{

byte

[] data = buffer.array();

new

String(data).trim();

public static void

main(String[] args)

throws

IOException {

new

NIOServer();

br>

客户端：

Java代码

br>

package

cn.nio;

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.SocketChannel;

import

java.util.Iterator;

public class

NIOClient {

private

Selector selector;

public void

initClient(String ip,

int

port)

throws

IOException {

false

);

this

.selector = Selector.open();

new

InetSocketAddress(ip,port));

public void

listen()

throws

IOException {

while

(

true

) {

this

.selector.selectedKeys().iterator();

while

(ite.hasNext()) {

(key.isConnectable()) {

(channel.isConnectionPending()){

false

);

new

String("向服务端发送了一条信息").getBytes()));

this

.selector, SelectionKey.OP_READ);

else if

(key.isReadable()) {

public void

read(SelectionKey key)

throws

IOException{

public static void

main(String[] args)

throws

IOException {

new

NIOClient();

br>

小结：

br>

br> 终于把动态代理和java NIO分析完了，呵呵，下面就要分析hadoop的RPC机制源码了，博客地址：http://weixiaolu.iteye.com/blog/ 。不过如果对java NIO的理解存在异议的，欢迎一起讨论。

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