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阻塞（Block）和非阻塞（Non-Block）同步（Synchronization）和异步（Asynchronous）BIO与NIO对比面向流与面向缓冲阻塞与非阻塞选择器的问世Java NIO三件套缓冲区BufferBuffer的基本的原理缓冲区分配选择器Selector通道Channel使用NIO读取数据使用NIO写入数据IO多路复用总结阻塞（Block）和非阻塞（Non-Block）
阻塞和非阻塞是进程在访问数据的时候，数据是否准备就绪的一种处理方式，当数据没有准备的时候。
**阻塞：**往往需要等待缓冲区中的数据准备好过后才处理其他的事情，否者一直等待在那里
**非阻塞：**当我们进程访问我们的数据缓冲区的时候，如果数据没有准备好则直接返回，不会等待。如果数据已经准备好，也直接返回。
同步（Synchronization）和异步（Asynchronous）
同步和异步都是基于应用程序和操作系统处理IO事件所采用的方式。比如同步：是应用程序要直接参与IO读写的操作。异步：所有的IO读写交给操作系统去处理，应用程序只需要等待通知。
同步方式在处理IO事件的时候，必须阻塞在某个方法上面等待我们的IO事件完成（阻塞IO事件或者通过轮询IO事件的方式），对于异步来说，所有的IO读写都交给了操作系统。这个时候，我们可以去做其他的事情，并不需要去完成真正的IO操作，当操作完成iO后，会给我们的应用程序一个通知。
**同步：**阻塞到IO事件，阻塞到read或者write。这个时候我们就完全不能做自己的事情。让读写方法加入到线程里面，然后阻塞线程来实现，对线程的性能开销比较大。
BIO与NIO对比
| IO模型 | BIO | NIO |
|---|---|---|
| 通信 | 面向流（乡村公路） | 面向缓冲（高速公路，多路复用技术） |
| 处理 | 阻塞IO（多线程） | 非阻塞IO（反应堆Reactor） |
| 触发 | 无 | 选择器 轮询机制 |
面向流与面向缓冲
java NIO和BIO之间第一个最大的区别是，BIO是面向流的，NIO是面向缓冲的。Java BIO面向流意味着每次从流中读一个或多个字节，直至读取所有的字节，它们没有被缓存在任何地方。此外，它不能前后移动流中的数据。如果需要前后移动从流中读取的数据，需要先将它缓存到一个缓冲区。Java NIO的缓冲导向方法略有不同。数据读取到一个它稍后处理的缓冲区，需要时可在缓冲区前后移动。这就增加了处理过程中的灵活性。但是，还需要检查是否缓冲区包含了所有您需要处理的数据。而且，需确保当更多的数据读入缓冲区时，不要覆盖缓冲区里尚未处理的数据。
阻塞与非阻塞
Java BIO的各种流是阻塞的。这意味着，当一个线程调用read（）和write（）时，该线程被阻塞，直到有一些数据被读取，或数据完全写入。该线程在此期间不能再干任何事情了。java NIO的非阻塞模式，使一个线程从某通道发送请求读取数据，但是它仅能得到目前可用的数据，如果目前没有数据可用时，就什么多不会获取。而不是保持线程阻塞，所以直至数据变得可以读取之前，该线程可以继续做其他的事情。
非阻塞写也是如此。一个线程请求写入一些数据到某通道，但不需要等待它完全写入，这个线程同时可以去做别的事情。线程通常将非阻塞IO的空闲时间用于在其他通道上执行IO操作，所以一个单独的线程现在可以管理多个输入和输出通道。
选择器的问世
java NIO的选择器（Selector）允许一个单独的线程来监视多个输入通道，你可以注册多个通道使用一个选择器，然后使用一个单独的线程来“选择”通道，这些通道里已经有可以处理的输入，或者选择已准备写入的通道。这种选择机制，使得一个单独的线程很容易来管理多个通道。
Java NIO三件套
在NIO中有几个核心对象需要掌握：缓冲器（Buffer）、选择器（Selector）、通道（Channel）
缓冲区Buffer
缓冲区实际上是一个容器对象，更直接的说，其实就是一个数组，在NIO库中，所有数据都是用缓冲区出来的。在读取数据时，它是直接读到缓冲区的；在写入数据时，它也是写入到缓冲区的；任何时候访问NIO中的数据，都是将它放到缓冲区中。而在面向流I/O系统中，所有数据都是直接写入或者直接将数据读取到Stream对象中。
在NIO中，所有的缓冲区类型都继承于抽象类Buffer，最常用的就是ByteBuffer，对于java中的基本类型，基本都有一个具体Buffer类型与之相对于，他们之间的extend关系如下图所示。
eg:
public static void main(String[] args) {
//new NIOServerDemo(8080).listen();
// 分配新的 int 缓冲区，参数为缓冲区容量
// 新缓冲区的当前位置将为零，其界限(限制位置)将为其容量。它将具有一个底层实现数组，其数组偏移量将为零。
IntBuffer buffer = IntBuffer.allocate(8);
for (int i = 0; i < buffer.capacity(); ++i) {
int j = 2 * (i + 1);
// 将给定整数写入此缓冲区的当前位置，当前位置递增
buffer.put(j);
}
// 重设此缓冲区，将限制设置为当前位置，然后将当前位置设置为 0
buffer.flip();
// 查看在当前位置和限制位置之间是否有元素
while (buffer.hasRemaining()) {
// 读取此缓冲区当前位置的整数，然后当前位置递增
int j = buffer.get();
System.out.print(j + " ");
}
}
2 4 6 8 10 12 14 16 Process finished with exit code 0
Buffer的基本的原理
在谈到缓冲区时，我们说缓冲区对象本质上是一个数组，但它其实是一个特殊的数组，缓冲区对象内置了一些机制，能够跟踪和记录缓冲区的状态变化情况。如果我们使用get（）方法从缓冲区获取数据或者使用put（）方法把数据写入缓冲区，都会引起缓冲区状态的变化。
在缓冲区中，最重要的属性有下面三个，它们一起合作完成对缓冲区内部的状态的变化跟踪。
position： 指定下一个将要被写入或者读取的元素索引，它的值由get()/put()方法自动更新，在新创建一个Buffer对象时，position被初始化为0.
limit：指定还有多少数据需要取出（在从缓冲区写入通道时），或者还有多少空间可以放入数据（在从通道读入缓冲区时）
**capacity：**制定了可以存储在缓冲区中的最大数据容量，实际上，它制定了底层数组的大小，或者至少是指定了准许我们使用的底层数组的容量。
以上三个属性值之间有一些相对大小的关系： 0<=positon<=limit<=capacity。如果我们创建一个新的容量大小为10的ByteBuffer对象，在初始化的时候，positon设置为0，limit和capacity被设置为10，在以后使用ByteBuffer对象过程中，capacity的值不会再发生变化，而其他两个将会随着使用而变化。
eg：
package com.evan.netty.nio.demo;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.IOException;
import java.nio.Buffer;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
/**
* @author evanYang
* @version 1.0
* @date 2021/7/26 11:29
*/
public class BufferDemo {
public static void main(String[] args) throws IOException {
FileInputStream fin = new FileInputStream("D://evan.txt");
FileChannel fc = fin.getChannel();
//先分配一个10大小的缓冲区
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
outPut("初始化",buffer);
fc.read(buffer);
outPut("调用read（）方法",buffer);
buffer.flip();
outPut("调用flip（）",buffer);
//判断有没有可读数据
while (buffer.remaining()>0){
byte b = buffer.get();
}
outPut("调用get（）",buffer);
//可以理解为解锁
buffer.clear();
outPut("调用clear（）",buffer);
fin.close();
}
/**
* 打印缓存实时状况
* @param step
* @param buffer
*/
public static void outPut(String step, Buffer buffer){
System.out.println(step+":");
System.out.println("capacity: "+buffer.capacity()+",");
System.out.println("position: "+buffer.position()+",");
System.out.println("limit: "+buffer.limit());
System.out.println();
}
}
文件中的数据
输出结果：
运行结果我们已经可以知道，四个属性值分别如图所示：
我们可以从管道中读取一些数据到缓冲区，注意从通道读取数据，相当于往缓冲区写入数据。如果读取4个自己的数据，则此时position的值为4，即下一个将要被下入的字节索引是4，而limit仍然是10，如下图所示：
下一步把读取的数据写入到输出管道中，相当于从缓冲区中读取数据，在此之前，必须调用flip（）方法，该方法将会完成两件事:
1,把limit设置为当前的positon值
2，把position设置为0
由于position被设置为0，所以可以保证在下一步输出时读取到的是缓冲区中的第一个字节，而limit被设置为当前的position，可以保证读取的数据正好是之前写入到缓冲区的数据，如下图所示。
现在调用get（）方法从缓冲区读取数据写入到输出通道，这会导致position的增加而limit保持不变，单position不会超过limit的值，所以在读取我们之前写入到缓冲区中的4个自己之后，position和limit的值都为4.如下图所示。
在从缓冲区读取数据完毕后，limit的值仍然保持在我们调用flip（）方法时的值，调用clean（）方法能够把所有的状态设置为初始值。
缓冲区分配
在前面的几个例子中，我们已经看过了，在创建一个缓冲对象时，会调用静态方法allocate（）来指定缓冲区的容量，其实调用allocate（）相当于创建一个指定大小的数组，并把它包装为缓冲区对象。或者我们也可以直接将一个现有的数组，包装为缓冲区对对象
选择器Selector
传统的Server/Client 模式会基于TPR（Thread per Request），服务器会为每个客户端请求建立一个线程，由该线程单独负责处理一个客户请求。这种模式带来的一个问题就是线程数量的剧增，大量的线程会增大服务器的开销。大多数的实现为了避免这个问题，都采用了线程池模型，并设置线程池模型的最大数量，这又带来了新的问题，如果线程池中有200个线程，而有200个用户都在进行大文件下载，会导致第201个用户的请求无法及时处理，即便第201个用户只想请求一个几kb大小的页面。传统的Server/Client模式如下图所示。
NIO 中非阻塞I/O采用了基于Reactor模式的工作模式，I/O调用不会被阻塞，相反是注册感兴趣的特定I/O事件，如可读数据到达，新的套接字连接等等，在发生特定事件时，系统在通知我们。NIO中实现非阻塞I/O的核心对象就是Selector，Selector就是注册各种I/O事件地方，而且当那些事件发生时，就是这个对象告诉我们所发生的事件。如下图所示。
从图中可以看出，当有读或写等任何注册的时间发生时，可以从Selector中获得相应的SelectionKey，同时从SelectionKey中可以找到发生的事件和该事件所发生的具体SelectableChannel，以获得客户端发送过来的数据。
使用NIO中非阻塞I/O编写服务器处理程序，大体上可以分为下面三个步骤：
1，向Selector对象注册感兴趣的事件。
2，从Selector中获取感兴趣的事件。
3，根据不同的事件进行相应的处理。
通道Channel
通道是一个对象，通过它可以读取和写入数据，当然了所有数据都通过Buffer对象来处理。我们永远不会将字节直接写入通道中，相反是将数据写入包含一个或者多个字节的缓存区。同样不会直接从通道中读取字节，而是将数据从通道读入缓存区，再从缓冲区获取这个字节，而是将数据从通道读入缓冲区，再从缓冲区获取这个字节。
在NIO中，提供了多种通道对象，而所有的通道对象都实现了Channel接口。它们之间的继承关系如下图所示：
使用NIO读取数据
在前面我们说过，任何时候读取数据，都不是直接从通道读取，而是从通道读取到缓冲区。所以使用NIO读取数据可以分为下面三个步骤：
1，从FileInputStream获取Channel
2，创建Buffer
3，将数据从Channel读取到Buffer中
package com.evan.netty.nio.demo;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.IOException;
import java.nio.Buffer;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
/**
* @author evanYang
* @version 1.0
* @date 2021/7/26 16:15
*/
public class FileInputDemo {
public static void main(String[] args) throws IOException {
FileInputStream fin=new FileInputStream("D://evan.txt");
FileChannel channel = fin.getChannel();
ByteBuffer allocate = ByteBuffer.allocate(1024);
//读取数据到缓冲区
channel.read(allocate);
allocate.flip();
while (allocate.remaining()>0){
byte b = allocate.get();
System.out.println(b);
}
fin.close();
}
}
使用NIO写入数据
使用NIO写入数据与读取数据的过程类似，同样数据不是直接写入通道，而是写入缓冲区，可以分为下面三个步骤：
1，从FileputStream获取channel。
2，创建Buffer
3，将数据从Channel写入到Buffer中，
package com.evan.netty.nio.demo;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
/**
* @author evanYang
* @version 1.0
* @date 2021/7/26 16:33
*/
public class FileOutPutDemo {
static private final byte message[] ={83, 111, 109, 101, 32, 98, 121, 116, 101, 115, 46 };
public static void main(String[] args) throws IOException {
FileOutputStream fout=new FileOutputStream("D://evan.txt");
FileChannel channel = fout.getChannel();
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
for (int i = 0; i < message.length; i++) {
buffer.put(message[i]);
}
buffer.flip();
channel.write(buffer);
fout.close();
}
}
IO多路复用
我们试想一下这样的现实场景。
100桌客人到店点菜
方法A：
服务员都把仅有的一份菜单递给其中一桌客人，然后站在这个客人身旁等待客人完成点菜过程。。。。。
方法B:
老板马上新雇佣99名服务员，同时印制99本新的菜单。没人服务一桌客人。
方法C：
改进点菜的方式，当客人到店后，自己申请一本菜单。想好自己要点的菜，然后呼叫服务员。服务员站在自己身边记录客人点的菜的内容。
总结
本篇文章就到这里了，希望能给你带来帮助，也希望您能够多多关注的更多内容！
