20220422java学习笔记-------------NIO

高并发IO的底层原理 IO读写的基本原理

应用程序的IO *** 作实际上不是物理设备级别的读写，而是缓存的复制。 （底层的读写交换系统内核完成，在内核缓冲区和进程缓冲区之间进行数据交换。）

内核缓冲区与进程缓冲区

内核缓冲区：减少底层系统的频繁中断所导致的时间损耗、性能损耗。（只有一个）

进程缓冲区：每个用户程序（进程）都有自己独立的缓冲区。

read：内核到进程

write：进程到内核

IO *** 作就是内核缓冲区和进程缓冲区之间的数据交换

系统调用流程

数据交换流程 

Linux系统文件句柄数量默认值为1024 

在开机启动文件设置

ulimit -SHn 1000000

-S软性极限值  超出报警

-H硬性极限值  不能超出

要彻底解除Linux系统的最大文件打开数量的限制，可以通过编辑Linux的极限配置文件/etc/security/limits.conf来做到。修改此文件，加入如下内容：soft nofile 1000000 hard nofile 1000000soft nofile表示软性极限，hard nofile表示硬性极限。

java NIO java NIO（异步非阻塞IO、 New IO）

NIO弥补了原来面向流的OIO同步阻塞的不足，为标准Java代码提供了高速、面向缓冲区的IO。

NIO和OIO的对比

1）OIO是面向流（Stream Oriented）的，NIO是面向缓冲区（Buffer Oriented）的。

2）OIO的 *** 作是阻塞的，而NIO的 *** 作是非阻塞的。

3）OIO没有选择器（Selector）的概念，而NIO有选择器的概念。

三个核心组件

channel（通道）

一个通道类似于OIO中两个流的结合体，既可以从通道读取数据，也可以向通道写入数据。

buffer（缓冲区）

完成NIO的非阻塞读写 *** 作，缓冲区的使用是面向流进行读写 *** 作的OIO所没有的

selector（选择器）

一个线程可以查询多个通道的IO事件的就绪状态。底层的 *** 作系统IO多路复用技术的支持。

NIO Buffer 

1）Buffer本质上是一个内存块（数组）。写入和读取的交替访问

2）Buffer类是一个抽象类，位于java.nio包中，有8种缓冲区类，分别是ByteBuffer、CharBuffer、DoubleBuffer、FloatBuffer、IntBuffer、LongBuffer、ShortBuffer、MappedByteBuffer

3）Buffer类是一个非线程安全类。

4）记录读写的状态和位置

 Buffer的成员属性

NIO Buffer重要方法 

 allocate(x)

实例Buffer对象 空间大小为x*4个字节

put()

写入元素到缓冲区

flip()

将写模式转换成读模式

clean（）

清空缓冲区，可以将模式重置为读模式

（1）将position清零。

（2）limit设置为capacity最大容量值，可以一直写入，直到缓冲区写满。

compact（）

压缩，可以将模式重置为读模式

get（）

读取缓冲区数据

rewind（）

重新读取

mark()

记住当前位置（position）的值保存到mark（标签）中

rest（）

把Mark的值恢到position中

注意：Buffer.mark()和Buffer.reset()两个方法都涉及mark属性的使用。mark()方法与mark属性的名字虽然相同，但是一个是Buffer类的成员方法，一个是Buffer类的成员属性，不能混淆。

Buffer类的基本步骤

NIO Channel

（1）FileChannel：文件通道，用于文件的数据读写。更高效文件复制通道的transferFrom()方法

（2）SocketChannel：套接字通道，用于套接字TCP连接的数据读写，可以在服务端和客户端

（3）ServerSocketChannel：服务器套接字通道（或服务器监听通道），允许我们监听TCP连接请求，为每个监听到的请求创建一个SocketChannel通道，只能在服务端

（4）DatagramChannel：数据报通道，用于UDP的数据读写。

无论是ServerSocketChannel还是SocketChannel，都支持阻塞和非阻塞两种模式。如何进行模式的设置呢？调用configureBlocking()方法

（1）socketChannel.configureBlocking(false)设置为非阻塞模式。

（2）socketChannel.configureBlocking(true)设置为阻塞模式。

在阻塞模式下，SocketChannel的连接、读、写 *** 作都是同步阻塞式的，在效率上与Java OIO面向流的阻塞式读写 *** 作相同。

在非阻塞模式下，通道的 *** 作是异步、高效的，这也是相对于传统OIO的优势所在。

 

NIO Selector (选择器） 选择器与注册

完成IO的多路复用，其主要工作是通道的注册、监听、事件查询。选择器和通道的关系是监听和被监听的关系。

一个单线程处理一个选择器，一个选择器可以监控很多通道。

通道和选择器之间的关联通过register（注册）的方式完成。调用通道的Channel.register(Selector sel，int ops)方法，可以将通道实例注册到一个选择器中。register方法有两个参数：第一个参数指定通道注册到的选择器实例；第二个参数指定选择器要监控的IO事件类型。可供选择器监控的通道IO事件类型包括以下四种：

（1）可读：SelectionKey.OP_READ。

（2）可写：SelectionKey.OP_WRITE。

（3）连接：SelectionKey.OP_CONNECT。

（4）接收：SelectionKey.OP_ACCEPT。

 什么是IO事件？

这里的IO事件不是对通道的IO *** 作，而是通道处于某个IO *** 作的就绪状态，表示通道具备执行某个IO *** 作的条件。

SelectableChannel（可选择通道）

实现通道可选择性所需要的公共方法。

一个通道若能被选择，则必须继承SelectableChannel类。

 SelectionKey

SelectionKey就是那些被选择器选中的IO事件。选择器中注册过，就会被选择器选中，并放入SelectionKey中可以获得通道的IO事件类型（比如SelectionKey.OP_READ），还可以获得发生IO事件所在的通道。

选择器使用流程 

注： 处理完成后，需要将选择键从SelectionKey集合中移除，以防止下一次循环时被重复处理。SelectionKey集合不能添加元素，如果试图向SelectionKey中添加元素，则将抛出java.lang.UnsupportedOperationException异常。

select()方法

用于选择就绪的IO事件的select()方法有多个重载的实现版本，具体如下：

（1）select()：阻塞调用，直到至少有一个通道发生了注册的IO事件。

（2）select(long timeout)：和select()一样，但最长阻塞时间为timeout指定的毫秒数。

（3）selectNow()：非阻塞，不管有没有IO事件都会立刻返回。

select()方法的返回值是整数类型（int），表示发生了IO事件的数量，即从上一次select到这一次select之间有多少通道发生了IO事件，更加准确地说是发生了选择器感兴趣（注册过）的IO事件数。