非阻塞io Java阻塞IO与非IO

历史频道 2020-07-3193未知admin

  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。

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  以网络应用为例,在传统IO方式(阻塞IO)中需要一个ServerSocket,接受请求的连接为其提供服务(服务通常包括了处理请求并发送响应)下图是服务器的生命周期图,非阻塞io非阻塞io其中标有粗条的部分表明会发生I/O阻塞。

  

  此方式在遇到多请求时,只能等待前面的请求完成后才能处理新的请求,所以通常在Java中处理阻塞I/O要用到线程(大量的线程)。代码如下

  

  传统IO方式(阻塞I/O)在调用InputStrm.rd()/buffer.rdLine()方法时是阻塞的,它会一直等到数据到来或缓冲区已满时或超时时才会返回,并且产生了大量String类型垃圾,尽管可以使用StringBuffer优化;同样,在调用ServerSocket.acce()方法时,也会一直阻塞到有客户端连接才会返回,每个客户端连接过来后,服务端都会启动一个线程去处理该客户端的请求。并且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。每个线程遇到外部未准备好的时候,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。比如假设一个线程某一个端口,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。

  3.Channel 一个新的原始 I/O 抽象,用于读写Buffer类型,通道可以认为是一种连接,可以是到特定设备,程序或者是网络的连接。通道的类等级结构图如下

  

  GatheringByteChannel可以从使用一次将多个Buffer中的数据写入通道,相反的,ScatteringByteChannel则可以一次将数据从通道读入多个Buffer中。你还可以设置通道使其为阻塞或非阻塞I/O操作服务。

  为了使通道能够同传统I/O类相容,Channel类提供了静态方法创建Strm或Rder

  在过去的阻塞I/O中,我们一般知道什么时候可以向strm中读或写,因为方法调用直到strm准备好时返回。但是使用非阻塞通道,我们需要一些方法来知道什么时候通道准备好了。在NIO包中,设计Selector就是为了这个目的。SelectableChannel可以特定的事件,而不是在事件发生时通知应用,通道事件。然后,当应用调用Selector上的任意一个selection方法时,它查看了的通道看是否有任何感兴趣的事件发生。

  

  Java NIO的服务端只需启动一个专门的线程来处理所有的 IO 事件。java NIO采用了双向通道(channel)进行数据传输,而不是单向的流(strm),在通道上可以我们感兴趣的事件。一共有以下四种事件:

  服务端和客户端各自一个管理通道的对象,我们称之为selector,该对象能检测一个或多个通道 (channel) 上的事件。我们以服务端为例,如果服务端的selector上了读事件,非阻塞io某时刻客户端给服务端发送了一些数据,阻塞I/O这时会调用rd()方法阻塞地读取数据,而NIO的服务端会在selector中添加一个读事件。服务端的处理线程会轮询地访问selector,如果访问selector时发现有感兴趣的事件到达,则处理这些事件,如果没有感兴趣的事件到达,则处理线程会一直阻塞直到感兴趣的事件到达为止。

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