Java NIO模型

内容导读

互联网集市收集整理的这篇技术教程文章主要介绍了Java NIO模型，小编现在分享给大家，供广大互联网技能从业者学习和参考。文章包含3565字，纯文字阅读大概需要6分钟。

内容图文

NIO

• BIO
• • 问题
• NIO
• • 代码
  • 追踪
  • 综述
  • 问题

BIO

问题

通过前面两个章节的介绍，相信大家已经对网络BIO模型已经有了不少了解了。那么BIO主要的问题点在哪里呢？我们来回顾下BIO模型的架构图：

client与service经历三次握手之后，service在内核中开辟空间，分配FD，socket主线程bind到该FD后，clone出子线程来接收client传输的数据以及业务处理。

如果简单的使用此模型，我们可以看到每一次接收到client连接，都需要创建出新线程，而我们也知道计算机创建新线程的代价是很大的，内存分配（每个线程约需几MB），以及线程调度等，这一块会极大的占用系统资源，并且子线程的IO读取，如果线程量很大，会极大降低IO读取的效率。

既然在创建线程这块是个极大的影响点，我们将clone线程的操作换成线程池会如何呢？

使用线程池，虽然解决了clone线程带来的同步消耗资源的问题，但是对IO读取，以及线程切换，资源实际消耗等问题，并没有带来实质性的改善。

究其根本原因，是因为kernel的系统调用是阻塞性的，不论是内核的read(FD(0))，write(FD(1))等，都是blocking的操作，导致socket为了不影响其他client的连接，只能new出新线程才异步执行这些blocking操作。

NIO

相信大家在编写Java代码时都听说过NIO，也都清楚IO操作是blocking的，那NIO就是非blocking的。
其实这话对，也不全对。
通过上面对BIO的分析，我们其实可以看到blocking的根本原因是在kernel，所以要实现NIO，根本点也是在kernel。

我们用man命令来看下kernel对socket的描述：

这便是kernel层面的NIO。当然我们Java代码里面也有NIO：

相信大家看了上一章在Java代码中对系统调用的分析，一定可以得出结论：Java代码中的NIO最终是基于kernel的NIO实现的。Java代码的NIO是基于kernel NIO的一层封装。

所以对于NIO，在Java代码中指的是New IO，这是相较于Java中的老的IO方式、
在kernel中，NIO指的是nonBlocking IO，也即非阻塞IO。

代码

现在我们在Java代码中使用NIO方式来实现Sevice：

我们在Java代码中使用NIO方式定义ServerSocket，使用nonBlocking形式accept client，在一个线程中同时负责监听连接和accept连接，并且负责读取数据。

我们实际运行起来看下效果：

我们可以看到在client与service监理连接之后，发送“send message”给service。
service端用一个线程accept了client连接，同时也读取出了发送的数据

我们来看分析下代码，我们一定可以发现这么一行代码：

channel.configureBlocking(false);

我们手动将channel的是否Blocking设置为了false，也就是不阻塞。

追踪

前面我们也已经讲过，想要实现NIO，必须kernel支持，那么kernel是如何做的呢？还是老规矩，我们来追中下service的系统调用：

结合下代码逻辑：

while (true) {
                SocketChannel socket = channel.accept();

在主线程的while无限循环中，channel对象一直在尝试accept客户端的连接，上一章节的BIO模型中追中系统调用我们可以发现一旦线程运行到accept处时，线程会一直卡在accept处，一直等到有client连接之后才会往下继续执行，也即accept()方法获取到结果才会往下走。

现在再来看下NIO模式下，kernel是怎么做的：
在没有client建立连接之前，accept()不是一直阻塞在那边，而是直接获得了结果"-1"，
在有一个client建立连接之后，accept获取到这个连接，根据socket四要素分配资源创建socket，同时分配描述符FD(16)，后续再通过buffer从FD(16）中读取到message。

综述

到这里，我们可以总结下Java中NIO是如何工作的：

与BIO模式不同，NIO模式下只需要一个线程在不停的无限循环，同时处理accept和读取数据、业务处理。

问题

通过NIO模式，我们可以解决BIO模式下为了解决accept Blocking的问题，从而需要创建大量子线程以及维护成本的问题。那NIO是否也有问题呢？
以下讨论基于socket四元组中service的ip，port固定，且service端只是用单线程处理请求：

1. 当有大量的client建立socket请求之后，kernel会为每一个socket分配一个FD，并且将该FD与service主线程bind，但是我们需要知道，一个Thread能够分配的FD是有数量限制的，一旦超过了上限，即意味着后续无法处理后续client的数据
2. 当同时有大量的client到达，我们用一个Thread去遍历所有已经accept了的FD去获取数据时，每一次循环都是一次系统调用，需要不停的调用kernel的write()和read()，这必然造成用户态和内核态的频繁切换。

这些问题，我们留到后续的多路复用章节再介绍

内容总结

以上是互联网集市为您收集整理的Java NIO模型全部内容，希望文章能够帮你解决Java NIO模型所遇到的程序开发问题。 如果觉得互联网集市技术教程内容还不错，欢迎将互联网集市网站推荐给程序员好友。

内容备注

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