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Java NIO原理和使用
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2011.03.21

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Java NIO非堵塞應用通常適用用在I/O讀寫等方面,我們知道,系統(tǒng)運行的性能瓶頸通常在I/O讀寫,包括對端口和文件的操作上,過去,在打開一個I/O通道后,read()將一直等待在端口一邊讀取字節(jié)內容,如果沒有內容進來,read()也是傻傻的等,這會影響我們程序繼續(xù)做其他事情,那么改進做法就是開設線程,讓線程去等待,但是這樣做也是相當耗費資源的。

Java NIO非堵塞技術實際是采取Reactor模式,或者說是Observer模式為我們監(jiān)察I/O端口,如果有內容進來,會自動通知我們,這樣,我們就不必開啟多個線程死等,從外界看,實現(xiàn)了流暢的I/O讀寫,不堵塞了。

Java NIO出現(xiàn)不只是一個技術性能的提高,你會發(fā)現(xiàn)網絡上到處在介紹它,因為它具有里程碑意義,從JDK1.4開始,Java開始提高性能相關的功能,從而使得Java在底層或者并行分布式計算等操作上已經可以和C或Perl等語言并駕齊驅。

如果你至今還是在懷疑Java的性能,說明你的思想和觀念已經完全落伍了,Java一兩年就應該用新的名詞來定義。從JDK1.5開始又要提供關于線程、并發(fā)等新性能的支持,Java應用在游戲等適時領域方面的機會已經成熟,Java在穩(wěn)定自己中間件地位后,開始蠶食傳統(tǒng)C的領域。

本文主要簡單介紹NIO的基本原理,在下一篇文章中,將結合Reactor模式和著名線程大師Doug Lea的一篇文章深入討論。

NIO主要原理和適用。

NIO 有一個主要的類Selector,這個類似一個觀察者,只要我們把需要探知的socketchannel告訴Selector,我們接著做別的事情,當有事件發(fā)生時,他會通知我們,傳回一組SelectionKey,我們讀取這些Key,就會獲得我們剛剛注冊過的socketchannel,然后,我們從這個Channel中讀取數據,放心,包準能夠讀到,接著我們可以處理這些數據。

Selector內部原理實際是在做一個對所注冊的channel的輪詢訪問,不斷的輪詢(目前就這一個算法),一旦輪詢到一個channel有所注冊的事情發(fā)生,比如數據來了,他就會站起來報告,交出一把鑰匙,讓我們通過這把鑰匙來讀取這個channel的內容。

了解了這個基本原理,我們結合代碼看看使用,在使用上,也在分兩個方向,一個是線程處理,一個是用非線程,后者比較簡單,看下面代碼:


import java.io.*;
import java.nio.*;
import java.nio.channels.*;
import java.nio.channels.spi.*;
import java.net.*;
import java.util.*;

/**
*
* @author Administrator
* @version
*/

public class NBTest {


  /** Creates new NBTest */
  public NBTest()
  {
  }

  public void startServer() throws Exception
  {
  int channels = 0;
  int nKeys = 0;
  int currentSelector = 0;

  //使用Selector
  Selector selector = Selector.open();

  //建立Channel 并綁定到9000端口
  ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
  InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(InetAddress.getLocalHost(),9000);
  ssc.socket().bind(address);

  //使設定non-blocking的方式。
  ssc.configureBlocking(false);

  //向Selector注冊Channel及我們有興趣的事件
  SelectionKey s = ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
  printKeyInfo(s);

  while(true) //不斷的輪詢
  {
    debug("NBTest: Starting select");

    //Selector通過select方法通知我們我們感興趣的事件發(fā)生了。
    nKeys = selector.select();
    //如果有我們注冊的事情發(fā)生了,它的傳回值就會大于0
    if(nKeys > 0)
    {
      debug("NBTest: Number of keys after select operation: " +nKeys);

      //Selector傳回一組SelectionKeys
      //我們從這些key中的channel()方法中取得我們剛剛注冊的channel。
      Set selectedKeys = selector.selectedKeys();
      Iterator i = selectedKeys.iterator();
      while(i.hasNext())
      {
         s = (SelectionKey) i.next();
         printKeyInfo(s);
         debug("NBTest: Nr Keys in selector: " +selector.keys().size());

         //一個key被處理完成后,就都被從就緒關鍵字(ready keys)列表中除去
         i.remove();
         if(s.isAcceptable())
         {
           // 從channel()中取得我們剛剛注冊的channel。
           Socket socket = ((ServerSocketChannel)s.channel()).accept().socket();
           SocketChannel sc = socket.getChannel();

           sc.configureBlocking(false);
           sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ |SelectionKey.OP_WRITE);
                      System.out.println(++channels);
         }
         else
         {
           debug("NBTest: Channel not acceptable");
         }
      }
   }
   else
   {
      debug("NBTest: Select finished without any keys.");
   }

  }

}


private static void debug(String s)
{
  System.out.println(s);
}


private static void printKeyInfo(SelectionKey sk)
{
  String s = new String();

  s = "Att: " + (sk.attachment() == null ? "no" : "yes");
  s += ", Read: " + sk.isReadable();
  s += ", Acpt: " + sk.isAcceptable();
  s += ", Cnct: " + sk.isConnectable();
  s += ", Wrt: " + sk.isWritable();
  s += ", Valid: " + sk.isValid();
  s += ", Ops: " + sk.interestOps();
  debug(s);
}


/**
* @param args the command line arguments
*/
public static void main (String args[])
{
  NBTest nbTest = new NBTest();
  try
  {
    nbTest.startServer();
  }
    catch(Exception e)
  {
    e.printStackTrace();
  }
}

}

 

這是一個守候在端口9000的noblock server例子,如果我們編制一個客戶端程序,就可以對它進行互動操作,或者使用telnet 主機名 90000 可以鏈接上。

通過仔細閱讀這個例程,相信你已經大致了解NIO的原理和使用方法,下一篇,我們將使用多線程來處理這些數據,再搭建一個自己的Reactor模式。

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