Netty学习（2）：IO模型之NIO初探

2020-02-20 本文已影响0人冰尘缘

NIO 概述

前面说到 BIO 有着创建线程多，阻塞 CPU 等问题，因此为解决 BIO 的问题，NIO 作为同步非阻塞 IO模型，随 JDK1.4 而出生了。

在前面我们反复说过4个概念：同步、异步、阻塞、非阻塞。因此，我们就首先用最简单的语言说一下他们的区别，这里，我们心里暂时有个概念即可，在后面的学习过程中，还会对其进行深入的探讨学习。

概念对比

首先，我们先要确立一个概念，就是一个IO操作其实是分为两步的，

发起IO请求，即准备数据和区域；
实际的IO操作。

而区分一个 IO模型是同步还是异步，就取决于在进行第2个步骤时，即实际进行读写过程中，其是否会阻塞线程，如果会阻塞，那么就是同步的，如果不会（这里就需要操作系统内核来进行操作了），而是完成后，再通知操作线程，那么其就是异步的（AIO 就是 OS 来完成文件读写操作，在完成后通过消息机制来通过线程读写完毕）。

紧接着，区分一个模型是阻塞还是非阻塞，而是看其在数据没有准备完毕时，即连接建立后，但还没有数据过来，请求是需要卡在这等待，还是可以去干其他的事。

作为上文所述的 BIO 来说，首先因为数据是否读写完成，需要其一直在循环里判断，因此其是同步的，并且如果没有数据的话，其会一直卡在 read 操作上，不能继续往下执行，因此 BIO 是一种同步阻塞模型。

而 NIO 的数据读写完成与否，也需要自己来判断，因此也是同步的，但其只有当发生真正读写时，才会进行操作，如果没有准备完毕的话，则可以去做其他的事，因此 NIO 是一个同步非阻塞 IO模型。

总结一下，我们看一个模型是同步还是异步，其实看的是数据准备完毕后的消息通知机制；看是阻塞还是非阻塞的，则是看线程在请求后的线程状态。

下面就让我们来看一下 NIO 的基本概念。

NIO基本介绍

从 JDK1.4 后，官方引入的 IO 新特性，称为 NIO，是一个同步非阻塞模型；
相关类在 java.nio 包下，有 3大核心组件，Channel，Buffer，Selector；
NIO 是面向缓存区编程的，或者说可以是面向块的，而不是面向字节，因此极大提高了编程的灵活性；
NIO 因为其核心组件和面向缓存区编程的特性，因此 数据总是从 Channel 读取到 Buffer 中，或者从Buffer 读取到 Channel 中，而 Selector 的作用就是监听多个 Channel，当 Channel 中有请求需要处理，就进行处理；
。。。。。（官网或者搜一下，有很多，在这里就不多赘述了）

组件介绍

Buffer

缓存区本质是一个可以读写程序的内存块，我们可以将其简单理解为一个容器。在其内部还提供了一些方法，方便编程人员对其进行操作。

其所有可用子类如 ByteBuffer 等继承的父类为 Buffer，其有一些公有属性需要牢记。

属性	说明
mark	标记位，在调用 `mark()` 方法后，可以将当前 position 设为标记，后续在调用 `reset()` 方法时，就可以将 position 重置回该位置，如果不设置，则为负数，那么在调用 reset 时，会报错。（一般不需要设置）
position	缓存区内将要被写或读的节点下标，该值不能为负数，且永远小于等于 limit
limit	缓存区内第一个不能写或读的节点下标，该值不能为负数，且永远小于等于 capacity
capacity	缓存区被创建时指定的大小，该值不能为负数，且无法更改

mark <= position <= limit <= capacity

Buffer 代码演示

 IntBuffer intBuffer = IntBuffer.allocate(5);
        for (int i = 1; i <= intBuffer.capacity(); i++) {
            intBuffer.put(i);
        }
        // 翻转，读写切换
        intBuffer.flip();
        while (intBuffer.hasRemaining()) {
            System.out.println(intBuffer.get());
        }

        intBuffer.position(0);
        for (int i = 1; i <= intBuffer.capacity(); i++) {
            intBuffer.put(i * i);
        }
        intBuffer.flip();
        while (intBuffer.hasRemaining()) {
            System.out.println(intBuffer.get());
        }
    }

从上述代码中，可以看到 缓存区是一个可读可写的区域，且像数组容器一样可以在里面通过下标的方式进行移动，从而修改指定地方内容。

Channel

Channel 是流中的一个组件，在使用过程中，通过流来生成。

Channel 是 NIO 中的一个接口，其实现类中，我们使用的比较多的有FileChannel,ServerSocketChannel,SocketChannel，DatagramChannel，其中 FileChannel 用于文件的读写，ServerSocketChannel 和 SocketChannel 用于TCP数据读写，DatagramChannel 用于 UDP 数据读写。

这里只描述一些 Channel 的一些简单概念，在后续文章：《文件操作》中，再用代码详细展示 Channel 的作用。

Selector

selector 解决的是 BIO 的线程阻塞和一个请求就需要创建一个线程的问题。selector 可以监控多个 Channel，如果对应的 Channel 有 Event 发生，就可以获取对应 Event，然后根据获取 Event 的不同去进行不同的处理逻辑，这样就不必每个请求都创建线程，并且只有当真正有读写事件发生时，才会进行操作。

也是只描述 Selector 的一些简单概念，在后续文章：《网络编程》中，再用代码详细展示 Selector 的作用。

总结

在本文中，我们初步介绍了 NIO 的概念，以及其的 3个核心组件：Buffer，Channel 和 Selector。

在后续的文章中，我们将对其分别进行介绍，通过 NIO 来逐步引入 Netty 的实现。

本文中代码已上传到 GitHub 上，地址为 https://github.com/wb1069003157/nettyPre-research ，欢迎大家来讨论，探讨。

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