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netty的自我学习(二)—初识NIO以及Buffer

2022-06-19 星期日 / 0 评论 / 0 点赞 / 63 阅读 / 19808 字

学习这件事,不在乎有没有人督促你,最重要的是在于你自己有没有觉悟和恒心。 学习中,会以笔记的形式记录下自我学习的过程。预计1月底之前更新完毕,请关注netty的自我学习(一)—BIO、NIO、

学习这件事,不在乎有没有人督促你,最重要的是在于你自己有没有觉悟和恒心。

学习中,会以笔记的形式记录下自我学习的过程。预计1月底之前更新完毕,请关注

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netty的自我学习(一)—BIO、NIO、AIO的简单介绍

netty的自我学习(二)—初识NIO以及Buffer

netty的自我学习(三)—NIO的channel

netty的自我学习(四)—NIO的Selector(选择器)

netty的自我学习(五)—NIO之零拷贝

netty的自我学习(六)—Reactor模型以及Netty模型介绍

NIO的基本概念介绍

  • Java NIO 全称 java non-blocking IO,是JDK 1.4 提供的新 API,也统称为 NIO(也就是 New IO),是同步非阻塞的。

  • NIO 有三大核心部分Channel(通道),Buffer(缓冲区), Selector(选择器)

  • NIO是 面向缓冲区(Buffer)或者块编程的。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,使用它可以提供非阻塞式的 高伸缩性网络。也就是说缓冲区实现了NIO的非阻塞模式。

  • NIO的非阻塞模式:使一个线程从某通道发送请求或者读取数据,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。

  • NIO是可以做到用一个线程来处理多个操作的。假设有10000个请求过来,根据实际情况,可以分配50或者100个线程来处理。不像之前的阻塞IO(如BIO)那样,非得分配10000个。

NIO 和 BIO 的比较

  • BIO 以流的方式处理数据,而 NIO 以块(缓冲区)的方式处理数据,块 I/O 的效率比流 I/O 高很多。

  • BIO 是阻塞的,NIO 则是非阻塞的。

  • BIO基于字节流和字符流进行操作,而 NIO 基于Channel(通道)和Buffer(缓冲区)进行操作,数据总是从通道读取到缓冲区中,或者从缓冲区写入到通道中。Selector(选择器)用于监听多个通道的事件(比如:连接请求,数据到达等),因此使用单个线程就可以监听多个客户端通道 。

Selector 、 Channel 和 Buffer 的关系图(简单版)

  1. 一个selector对应一个线程,可以理解为一个selector对应多个channel(连接)
  2. 上图可观察出有3个channel 注册到了一个selector上。
  3. 程序切换到哪个channel 是有事件决定的, Event 就是一个重要的概念(事件驱动)
  4. Selector 会根据不同的事件,在各个通道上(channel)切换
  5. channel 是双向的, 可以返回底层操作系统的情况, 比如Linux , 底层的操作系统通道就是双向的.
  6. 每个channel 又都会对应一个Buffer.
  7. Buffer 就是一个内存块、缓冲区, 底层是由数组实现的
  8. 数据的read、write是通过Buffer传输的, 这个和BIO不同, BIO 中要么是输入流(inStream),要么是输出流(outStream), 不能双向,但是NIO的Buffer 是可以读也可以写, 需要 只需要调用flip 方法切换 。

Buffer的基本介绍

缓冲区本质上是一个可以读写数据的内存块,可以理解成是一个容器对象(含数组),该对象提供了一组API,可以更轻松地使用内存块,,缓冲区对象内置了一些机制,能够跟踪和记录缓冲区的状态变化情况。

而Channel 提供从文件、网络读取数据的渠道,但是读取或写入的数据都必须经由 Buffer。

Buffer类以及子类

idea 快捷键(ctrl+H)

Buffer是一个抽象类,看下图(Buffer的子类)

  1. ByteBuffer-存储字节数据到缓冲区(常用)
  2. ShortBuffer--存储字符串数据到缓冲区
  3. CharBuffer-- 存储字符数据到缓冲区
  4. IntBuffer--存储整数数据到缓冲区
  5. LongBuffer--存储长整型数据到缓冲区
  6. DoubleBuffer--存储小数到缓冲区
  7. FloatBuffer--存储小数到缓冲区

Buffer缓冲区的四个核心属性

Buffer的Demo演示(Capacity、Limit、Position的变化)

public class BufferDemo {    public static void main(String[] args) {        //创建一个IntBuffer, 大小为 5, 即可以存放5个int        IntBuffer intBuffer = IntBuffer.allocate(5);        for(int i = 0; i < intBuffer.capacity(); i++) {            intBuffer.put(i);        }        intBuffer.flip();        while (intBuffer.hasRemaining()) {            System.out.println(intBuffer.get());        }    }}

我们来看看Buffer里到底发生了什么?

初始化的时候

put(添加数据)的时

上图可看见,我们循环put值的时候,Position一直在增加,也就是下一个要写的位置。

元素添加完的时候

flip()后,读之前的时候

flip()源码:

以上几个图,大家就应该明白了Buffer 缓冲区四个核心属性的变化。

Buffer以及子类ByteBuffer的常用方法介绍

public abstract class Buffer {    //JDK1.4时,引入的api    public final int capacity( )//返回此缓冲区的容量    public final int position( )//返回此缓冲区的位置    public final Buffer position (int newPositio)//设置此缓冲区的位置    public final int limit( )//返回此缓冲区的限制    public final Buffer limit (int newLimit)//设置此缓冲区的限制    public final Buffer mark( )//在此缓冲区的位置设置标记    public final Buffer reset( )//将此缓冲区的位置重置为以前标记的位置    public final Buffer clear( )//清除此缓冲区, 即将各个标记恢复到初始状态,但是数据并没有真正擦除, 后面操作会覆盖    public final Buffer flip( )//反转此缓冲区    public final Buffer rewind( )//重绕此缓冲区    public final int remaining( )//返回当前位置与限制之间的元素数    public final boolean hasRemaining( )//告知在当前位置和限制之间是否有元素    public abstract boolean isReadOnly( );//告知此缓冲区是否为只读缓冲区     //JDK1.6时引入的api    public abstract boolean hasArray();//告知此缓冲区是否具有可访问的底层实现数组    public abstract Object array();//返回此缓冲区的底层实现数组    public abstract int arrayOffset();//返回此缓冲区的底层实现数组中第一个缓冲区元素的偏移量    public abstract boolean isDirect();//告知此缓冲区是否为直接缓冲区}public abstract class ByteBuffer {    //缓冲区创建相关api    public static ByteBuffer allocateDirect(int capacity)//创建直接缓冲区    public static ByteBuffer allocate(int capacity)//设置缓冲区的初始容量    public static ByteBuffer wrap(byte[] array)//把一个数组放到缓冲区中使用    //构造初始化位置offset和上界length的缓冲区    public static ByteBuffer wrap(byte[] array,int offset, int length)     //缓存区存取相关API    public abstract byte get( );//从当前位置position上get,get之后,position会自动+1    public abstract byte get (int index);//从绝对位置get    public abstract ByteBuffer put (byte b);//从当前位置上添加,put之后,position会自动+1    public abstract ByteBuffer put (int index, byte b);//从绝对位置上put }

ByteBuffer 支持类型化的put 和 get

ByteBuffer 支持特定类型化的put 和 get, put 放入的是什么数据类型,get就应该使用相应的数据类型来取出,否则可能有 BufferUnderflowException 异常

public class NIOByteBufferPutGet {    public static void main(String[] args) {        //创建一个Buffer        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(64);        //类型化方式放入数据        buffer.putInt(88);        buffer.putLong(6L);        buffer.putChar('朱');        buffer.putShort((short) 11);        //取出        buffer.flip();        System.out.println(buffer.getInt());        System.out.println(buffer.getLong());        System.out.println(buffer.getChar());        System.out.println(buffer.getShort());    }}

输出:

调下打印顺序

由此看出,即使能输出,但是也不我们之前放的特定值。你们应该知道是为什么!!

互相讨论、共同进步

文章笔记如有失误,请指出。

八戒不笨只是懒,八戒不懒得时候就是孙悟空!

持之以恒!

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