Java网络编程:NIO核心组件及使用

发布时间:2024-02-26 12:30

文章目录

    • 核心组件
      • Channel && Buffer
      • Selector
      • ByteBuffer

核心组件

Channel && Buffer

  • channel-通道,buffer-缓存。
  • 之前的Java I/O输入输出流都是单向的,要么输入要么输出,NIO引入了channel,它是读写数据的双向通道
  • channel可以从channel将数据读入buffer,也可以将buffer的数据写入channel,channel比stream更为底层
  • 常见的Channel有
    • FileChannel 文件
    • DatagramChannel UDP
    • SocketChannel TCP 客户端
    • ServerSocketChannel TCP服务端
  • buffer则用来缓冲读写数据,最常用的事ByteBuffer,常见的buffer有
    • ByteBuffer
      • MappedByteBuffer
      • DirectByteBuffer
      • HeapByteBuffer
    • ShortBuffer
    • IntBuffer
    • LongBuffer
    • FloatBuffer
    • DoubleBuffer
    • CharBuffer

Selector

  • Selector-选择器
  • 选择器的出现,就是为了实现多个socket的连接
  • 多线程的I/O版本缺点:多线程内存占用高;线程上下文切换开销大;只适合连接少的版本。
  • 线程池版本I/O缺点:阻塞模式下,线程仅能处理一个socket连接;仅适合短连接场景。
  • selector版本:selector的作用就是配合一个线程来管理多个channel,获取这些channel上发生的事件,这些channel工作在非阻塞模式下,不会让线程吊死在一个channel上。适合连接数特别多,但流是低的场景(lowtraffic)。
  • 调用selector的select()会阻塞直到channel发生了读写就绪事件,这些事件发生,select方法就会返回这些事件交给thread来处理

ByteBuffer

  • buffer缓冲区的一种,我们最常使用的

  • ByteBuffer正确使用姿势

    • 1.向buffer写入数据,例如调用channel.read(buffer)
    • 2.调用flip()切换至读模式
    • 3.从buffer读取数据,例如调用buffer.get()
    • 4.调用clear()或compact()切换至写模式
    • 5.重夏1~4步骤
  • ByteBuffer结构

    • capacity 容量
    • position 写入位置指针
    • limit 写入限制指针
  • buffer写入读取流程

    • 1.刚开始写入时,limitcapacity一起在尾部,position在头部
    • 2.写入的时候,位置指针position一直后移,直到limit为止
    • 3.当写入完成(未写满)时,需要调用flip()切换读模式从buffer里读取数据。此时limit指针移动至position位置表示只能读取到这儿,position指针移至buffer头部从头部开始读取
    • 4.当读取完成后,调用clear()方法切换至写模式(如果还没读完),positionlimit归为初始位置(头尾),后续从头开始写入(覆盖写)
    • 5.当读取到limit之前(未读完)就要写入时,需要将未读完的数据(此时positionlimit)保护起来,因此不能使用clear()。此时需要调用compact()方法,将未读完的数据整体前移,position指针放在未读完数据尾部(limit移至尾部),从这儿开始写入。
  • ByteBuffer相关方法

    • allocate(),返回堆内存对象HeapByteBuffer,使用堆内存,读写效率较低,受到GC影响
    • allocateDirect(),返回直接内存对象DirectByteBuffer,使用直接内存(少一次拷贝),读写效率较高,分配内存较慢,不受GC类型,要防止内存泄漏
    • channel.read(buffer) 从通道读取数据写入buffer
    • buffer.put((byte)value) 直接往缓冲区放入数据
    • channel.write(buffer) 读取buffer数据写入到通道
    • buffer.get() 从buffer中读取一个字节数据,如果传参也可以读取多个
    • buffer.get(i) 根据索引读取数据(不移动position
    • buffer.rewind()position置为0,remark置为-1,下次重新从头开始读
    • buffer.mark()position位置加标记,与reset()结合使用
    • buffer.reset()position重置到mark位置
  • 字符串转ByteBuffer

    • 使用字符串的getBytes()方法,获取byte数组,再使用ByteBufferput()方法塞进去(注意我们自己put后未调用flip(),buffer还处于写模式)
    • 使用nioStandardCharsets.UTF_8.encode("str"),将字符串直接转为Bytebuffer(此时已切换成读模式了)
    • 使用ByteBufferwrap(byte[])方法,里面的值,可以使用字符串的getBytes()方法获取byte数组(此时已切换成读模式了)
  • ByteBuffer转字符串

    • 在读模式下,ByteBuffer可以直接使用StandardCharsets.UTF_8.decode(buffer).toString()转化为字符串
  • 代码demo

package org.yanyulin;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.RandomAccessFile;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.charset.StandardCharsets;

/**
 * NIO demo
 * 从文件中读取内容
 */
public class NioDemo {

    public static void main(String[] args) {
//        readFile();
        scatterRead();
    }

    /*
     * 读取文件内容
     */
    private static void readFile() {
        try {
            // 文件通道,从文件流获取通道
            FileChannel fileChannel = new FileInputStream("E:\\nio.txt").getChannel();
            // 准备缓冲区
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
            StringBuilder builder = new StringBuilder();
            // 如果数据未读取结束,一直读取下去
            while (true) {
                // 从channel里读数据,写入到buffer
                int len = fileChannel.read(buffer);
                // -1 则读取结束,否则是已读取的字符长度
                System.out.println("len = " + len);
                if (len == -1) {
                    break;
                }
                // 未读取完,切换读模式从buff中读取数据
                buffer.flip();
                // 按照字节读取buff里的数据
                while (buffer.hasRemaining()) {
                    builder.append((char)buffer.get());
                }
                // 清空buff,方便后续读取继续往buff写数据,下面继续写模式
                buffer.clear();
            }
            System.out.println(builder.toString());
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /*
     * 分散读取文件内容 
     **/
    private static void scatterRead() {
        try(FileChannel channel = new RandomAccessFile("E:\\split.txt", "rw").getChannel()){
            ByteBuffer buffer1 = ByteBuffer.allocate(8);
            ByteBuffer buffer2 = ByteBuffer.allocate(5);
            ByteBuffer buffer3 = ByteBuffer.allocate(8);
            channel.read(new ByteBuffer[]{buffer1, buffer2, buffer3});
            buffer1.flip();
            buffer2.flip();
            buffer3.flip();
            System.out.println(StandardCharsets.UTF_8.decode(buffer1));
            System.out.println(StandardCharsets.UTF_8.decode(buffer2));
            System.out.println(StandardCharsets.UTF_8.decode(buffer3));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}


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