1.基本概念
io是主存和外部设备(硬盘、终端和网络等)拷贝数据的过程。io是操作系统的底层功能实现，底层通过i/o指令进行完成。
所有语言运行时系统提供执行i/o较高级别的工具。(c的printfscanf,java的面向对象封装)
2.java标准io回顾
java标准io类库是io面向对象的一种抽象。基于本地方法的底层实现，我们无须关注底层实现。inputstream\outputstream(字节流)：一次传送一个字节。reader\writer(字符流)：一次一个字符。
3.nio简介
nio是javanewio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。
本文将围绕这几个特性进行学习和介绍。
4.buffer&chanel
channel和buffer是nio是两个最基本的数据类型抽象。
buffer:
–是一块连续的内存块。
–是nio数据读或写的中转地。
channel:
–数据的源头或者数据的目的地
–用于向buffer提供数据或者读取buffer数据,buffer对象的唯一接口。
–异步i/o支持
例子 1:copyfile.java:
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package sample;import java.io.fileinputstream;import java.io.fileoutputstream;import java.nio.bytebuffer;import java.nio.channels.filechannel;public class copyfile { public static void main(string[] args) throws exception { string infile = "c:\\copy.sql"; string outfile = "c:\\copy.txt"; // 获取源文件和目标文件的输入输出流 fileinputstream fin = new fileinputstream(infile); fileoutputstream fout = new fileoutputstream(outfile); // 获取输入输出通道 filechannel fcin = fin.getchannel(); filechannel fcout = fout.getchannel(); // 创建缓冲区 bytebuffer buffer = bytebuffer.allocate(1024); while (true) { // clear方法重设缓冲区，使它可以接受读入的数据 buffer.clear(); // 从输入通道中将数据读到缓冲区 int r = fcin.read(buffer); // read方法返回读取的字节数，可能为零，如果该通道已到达流的末尾，则返回-1 if (r == -1) { break; } // flip方法让缓冲区可以将新读入的数据写入另一个通道 buffer.flip(); // 从输出通道中将数据写入缓冲区 fcout.write(buffer); } }} |
其中 buffer 内部结构如下 ( 下图拷贝自资料 ):
图2：buffer内部结构
一个buffer主要由position,limit,capacity三个变量来控制读写的过程。此三个变量的含义见如下表格：
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参数 |
写模式 |
读模式 |
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position |
当前写入的单位数据数量。 |
当前读取的单位数据位置。 |
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limit |
代表最多能写多少单位数据和容量是一样的。 |
代表最多能读多少单位数据，和之前写入的单位数据量一致。 |
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capacity |
buffer 容量 |
buffer 容量 |
buffer常见方法：
flip():写模式转换成读模式
rewind()：将position重置为0，一般用于重复读。
clear()：清空buffer，准备再次被写入(position变成0，limit变成capacity)。
compact():将未读取的数据拷贝到buffer的头部位。
mark()、reset():mark可以标记一个位置，reset可以重置到该位置。
buffer常见类型：bytebuffer、mappedbytebuffer、charbuffer、doublebuffer、floatbuffer、intbuffer、longbuffer、shortbuffer。
channel常见类型:filechannel、datagramchannel(udp)、socketchannel(tcp)、serversocketchannel(tcp)
在本机上面做了个简单的性能测试。我的笔记本性能一般。(具体代码可以见附件。见nio.sample.filecopy包下面的例子)以下是参考数据：
–场景1：copy一个370m的文件
–场景2:三个线程同时拷贝，每个线程拷贝一个370m文件
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场景 |
fileinputstream+ fileoutputstream |
fileinputstream+ bufferedinputstream+ fileoutputstream |
bytebuffer+ filechannel |
mappedbytebuffer +filechannel |
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场景一时间 ( 毫秒) |
25155 |
17500 |
19000 |
16500 |
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场景二时间 ( 毫秒 ) |
69000 |
67031 |
74031 |
71016 |
5.nio.charset
字符编码解码:字节码本身只是一些数字，放到正确的上下文中被正确被解析。向bytebuffer中存放数据时需要考虑字符集的编码方式，读取展示bytebuffer数据时涉及对字符集解码。
java.nio.charset提供了编码解码一套解决方案。
以我们最常见的http请求为例，在请求的时候必须对请求进行正确的编码。在得到响应时必须对响应进行正确的解码。
以下代码向baidu发一次请求，并获取结果进行显示。例子演示到了charset的使用。
例子2baidureader.java
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package nio.readpage;import java.nio.bytebuffer;import java.nio.channels.socketchannel;import java.nio.charset.charset;import java.net.inetsocketaddress;import java.io.ioexception;public class baidureader { private charset charset = charset.forname("gbk"); // 创建gbk字符集 private socketchannel channel; public void readhtmlcontent() { try { inetsocketaddress socketaddress = new inetsocketaddress( "www.baidu.com", 80); //step1:打开连接 channel = socketchannel.open(socketaddress); //step2:发送请求，使用gbk编码 channel.write(charset.encode("get " + "/ http/1.1" + "\r\n\r\n")); //step3:读取数据 bytebuffer buffer = bytebuffer.allocate(1024); // 创建1024字节的缓冲 while (channel.read(buffer) != -1) { buffer.flip(); // flip方法在读缓冲区字节操作之前调用。 system.out.println(charset.decode(buffer)); // 使用charset.decode方法将字节转换为字符串 buffer.clear(); // 清空缓冲 } } catch (ioexception e) { system.err.println(e.tostring()); } finally { if (channel != null) { try { channel.close(); } catch (ioexception e) { } } } } public static void main(string[] args) { new baidureader().readhtmlcontent(); }} |
6.非阻塞io
关于非阻塞io将从何为阻塞、何为非阻塞、非阻塞原理和异步核心api几个方面来理解。
何为阻塞？
一个常见的网络io通讯流程如下:
从该网络通讯过程来理解一下何为阻塞:
在以上过程中若连接还没到来，那么accept会阻塞,程序运行到这里不得不挂起，cpu转而执行其他线程。
在以上过程中若数据还没准备好，read会一样也会阻塞。
阻塞式网络io的特点：多线程处理多个连接。每个线程拥有自己的栈空间并且占用一些cpu时间。每个线程遇到外部为准备好的时候，都会阻塞掉。阻塞的结果就是会带来大量的进程上下文切换。且大部分进程上下文切换可能是无意义的。比如假设一个线程监听一个端口，一天只会有几次请求进来，但是该cpu不得不为该线程不断做上下文切换尝试，大部分的切换以阻塞告终。
何为非阻塞？
下面有个隐喻：
一辆从a开往b的公共汽车上，路上有很多点可能会有人下车。司机不知道哪些点会有哪些人会下车，对于需要下车的人，如何处理更好？
1.司机过程中定时询问每个乘客是否到达目的地，若有人说到了，那么司机停车，乘客下车。(类似阻塞式)
2.每个人告诉售票员自己的目的地，然后睡觉，司机只和售票员交互，到了某个点由售票员通知乘客下车。(类似非阻塞)
很显然，每个人要到达某个目的地可以认为是一个线程，司机可以认为是cpu。在阻塞式里面，每个线程需要不断的轮询，上下文切换，以达到找到目的地的结果。而在非阻塞方式里，每个乘客(线程)都在睡觉(休眠)，只在真正外部环境准备好了才唤醒，这样的唤醒肯定不会阻塞。
非阻塞的原理
把整个过程切换成小的任务，通过任务间协作完成。
由一个专门的线程来处理所有的io事件，并负责分发。
事件驱动机制：事件到的时候触发，而不是同步的去监视事件。
线程通讯：线程之间通过wait,notify等方式通讯。保证每次上下文切换都是有意义的。减少无谓的进程切换。
以下是异步io的结构：
reactor就是上面隐喻的售票员角色。每个线程的处理流程大概都是读取数据、解码、计算处理、编码、发送响应。
异步io核心api
selector
异步io的核心类，它能检测一个或多个通道(channel)上的事件，并将事件分发出去。
使用一个select线程就能监听多个通道上的事件，并基于事件驱动触发相应的响应。而不需要为每个channel去分配一个线程。
selectionkey
包含了事件的状态信息和时间对应的通道的绑定。
总结
以上就是本文关于java基础知识杂文的全部内容，希望对大家有所帮助。感兴趣的朋友可以继续参阅本站其他相关专题，如有不足之处，欢迎留言指出。感谢朋友们对本站的支持！
原文链接：http://www.iteye.com/topic/834447
