Java-nio

nio原理学习

nio简介

nio 是New IO 的简称，在jdk1.4 里提供的新api 。Sun 官方标榜的特性如下： 为所有的原始类型提供(Buffer)缓存支持。字符集编码解码解决方案。 Channel ：一个新的原始I/O 抽象。 支持锁和内存映射文件的文件访问接口。 提供多路(non-bloking) 非阻塞式的高伸缩性网络I/O 。

传统的I/O

• 使用传统的I/O程序读取文件内容, 并写入到另一个文件(或Socket), 如下程序:

  • File.read(fileDesc, buf, len);
  • Socket.send(socket, buf, len);

• 会有较大的性能开销, 主要表现在一下两方面:

  1. 上下文切换(context switch), 此处有4次用户态和内核态的切换

  2. Buffer内存开销, 一个是应用程序buffer, 另一个是系统读取buffer以及socket buffer其运行示意图如下

     ​

1. 先将文件内容从磁盘中拷贝到操作系统buffer

2. 再从操作系统buffer拷贝到程序应用buffer

3. 从程序buffer拷贝到socket buffer
4. 从socket buffer拷贝到协议引擎.

NIO

• NIO技术省去了将操作系统的read buffer拷贝到程序的buffer, 以及从程序buffer拷贝到socket buffer的步骤, 直接将 read buffer 拷贝到 socket buffer. java 的 FileChannel.transferTo() 方法就是这样的实现, 这个实现是依赖于操作系统底层的sendFile()实现的.

• publicvoid transferTo(long position, long count, WritableByteChannel target);

  他的底层调用的是系统调用sendFile()方法

  sendfile(int out_fd, int in_fd, off_t *offset, size_t count);

  如下图

  mark

传统socket和socket nio代码

• 传统socket

  • server

  • public static void main(String args[]) throws Exception {
            // 监听端口
            ServerSocket server_socket = new ServerSocket(2000);
            System.out.println("等待，端口为：" + server_socket.getLocalPort());
    
            while (true) {
                // 阻塞接受消息
                Socket socket = server_socket.accept();
                // 打印链接信息
                System.out.println("新连接： " + socket.getInetAddress() + ":"
                        + socket.getPort());
                // 从socket中获取流
                DataInputStream input = new DataInputStream(socket.getInputStream());
                // 接收数据
                byte[] byteArray = new byte[4096];
                while (true) {
                    int nread = input.read(byteArray, 0, 4096);
                    System.out.println(new String(byteArray, "UTF-8"));
                    if (-1 == nread) {
                        break;
                    }
    
                }
                socket.close();
                System.out.println("Connection closed by client");
    
            }
        }
    

  • client

  • public static void main(String[] args) throws Exception {
            long start = System.currentTimeMillis();
            // 创建socket链接
            Socket socket = new Socket("localhost", 2000);
            System.out.println("Connected with server " + socket.getInetAddress()
                    + ":" + socket.getPort());
            // 读取文件
            FileInputStream inputStream = new FileInputStream("C:/sss.txt");
            // 输出文件
            DataOutputStream output = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
            // 缓冲区4096K
            byte[] b = new byte[4096];
            // 传输长度
            long read = 0, total = 0;
            // 读取文件，写到socketio中
            while ((read = inputStream.read(b)) >= 0) {
                total = total + read;
                output.write(b);
            }
            // 关闭
            output.close();
            socket.close();
            inputStream.close();
            // 打印时间
            System.out.println("bytes send--" + total + " and totaltime--"
                    + (System.currentTimeMillis() - start));
        }
    

• socket nio 代码

  • server

    • public static void main(String[] args) throws IOException {
            // 创建socket channel
            ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
            ServerSocket ss = serverSocketChannel.socket();
            ss.setReuseAddress(true);// 地址重用
            ss.bind(new InetSocketAddress("localhost", 9026));// 绑定地址
            System.out.println("监听端口 : "
                    + new InetSocketAddress("localhost", 9026).toString());
      
            // 分配一个新的字节缓冲区
            ByteBuffer dst = ByteBuffer.allocate(4096);
            // 读取数据
            while (true) {
                SocketChannel channle = serverSocketChannel.accept();// 接收数据
                System.out.println("Accepted : " + channle);
                channle.configureBlocking(true);// 设置阻塞，接不到就停
                int nread = 0;
                while (nread != -1) {
                    try {
                        nread = channle.read(dst);// 往缓冲区里读
                        byte[] array = dst.array();//将数据转换为array
                        //打印
                        String string = new String(array, 0, dst.position());
                        System.out.print(string);
                        dst.clear();
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                        nread = -1;
                    }
                }
            }
        }
      

  • client

    • public static void main(String[] args) throws IOException {
            long start = System.currentTimeMillis();
            // 打开socket的nio管道
            SocketChannel sc = SocketChannel.open();
            sc.connect(new InetSocketAddress("localhost", 9026));// 绑定相应的ip和端口
            sc.configureBlocking(true);// 设置阻塞
            // 将文件放到channel中
            FileChannel fc = new FileInputStream("C:/sss.txt").getChannel();// 打开文件管道
            //做好标记量
            long size = fc.size();
            int pos = 0;
            int offset = 4096;
            long curnset = 0;
            long counts = 0;
            //循环写
            while (pos<size) {
                curnset = fc.transferTo(pos, 4096, sc);// 把文件直接读取到socket chanel中，返回文件大小
                pos+=offset;
                counts+=curnset;
            }
            //关闭
            fc.close();
            sc.close();
            //打印传输字节数
            System.out.println(counts);
            // 打印时间
            System.out.println("bytes send--" + counts + " and totaltime--"
                            + (System.currentTimeMillis() - start));
        }
      

      ​