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Non Blocking I/O 同步非阻塞模型

同步非阻塞

一个线程可以处理多个请求(连接),客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器selector上,多路复用器轮询到连接有IO请求就进行处理。

JDK1.4开始引入


Code

Server

package com.artisan.iomodel.nio;

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;

/**
 * @author 小工匠
 * @version 1.0
 * @description: TODO
 * @date 2021/1/17 0:06
 * @mark: show me the code , change the world
 */

public class NioServer {

    // 保存客户端连接
    static List<SocketChannel> channelList = new ArrayList<>();

    public static void main(String[] args) throws IOException {

        // 创建NIO ServerSocketChannel,与BIO的serverSocket类似
        ServerSocketChannel serverSocket = ServerSocketChannel.open();
        serverSocket.socket().bind(new InetSocketAddress(7777));
        // 设置ServerSocketChannel为非阻塞
        serverSocket.configureBlocking(false);
        System.out.println("服务启动成功");

        while (true) {
            // 非阻塞模式accept方法不会阻塞,否则会阻塞
            // NIO的非阻塞是由操作系统内部实现的,底层调用了linux内核的accept函数
            SocketChannel socketChannel = serverSocket.accept();
            if (socketChannel != null) { // 如果有客户端进行连接
                System.out.println("连接成功");
                // 设置SocketChannel为非阻塞
                socketChannel.configureBlocking(false);
                // 保存客户端连接在List中
                channelList.add(socketChannel);
            }
            // 遍历连接进行数据读取
            Iterator<SocketChannel> iterator = channelList.iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
                SocketChannel sc = iterator.next();
                ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(128);
                // 非阻塞模式read方法不会阻塞,否则会阻塞
                int len = sc.read(byteBuffer);
                // 如果有数据,把数据打印出来
                if (len > 0) {
                    System.out.println("接收到消息:" + new String(byteBuffer.array()));
                } else if (len == -1) { // 如果客户端断开,把socket从集合中去掉
                    iterator.remove();
                    System.out.println("客户端断开连接");
                }
            }
        }
    }
}

Client

我们用cmd工具来连一下 , telnet 127.0.0.1 7777

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发送消息

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日志及需要优化的地方

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举个例子,如果连接数太多的话,会有大量的无效遍历,假如有1万个连接,其中只有1000个连接有写数据,但是由于其他9000个连接并没有断开,我们还是要每次轮询遍历一万次,其中有十分之九的遍历都是无效的…是不是有点不妥当呢?


优化 (多路复用器)

为了优化这个问题 , NIO引入多路复用器

package com.artisan.iomodel.nio;

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;
/**
 * @author 小工匠
 * @version 1.0
 * @description: TODO
 * @date 2021/1/17 0:50
 * @mark: show me the code , change the world
 */
public class NioSelectorServer {


    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {

        // 创建NIO ServerSocketChannel
        ServerSocketChannel serverSocket = ServerSocketChannel.open();
        serverSocket.socket().bind(new InetSocketAddress(7777));
        // 设置ServerSocketChannel为非阻塞
        serverSocket.configureBlocking(false);
        // 打开Selector处理Channel,即创建epoll
        Selector selector = Selector.open();
        // 把ServerSocketChannel注册到selector上,并且selector对客户端accept连接操作感兴趣
        serverSocket.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
        System.out.println("服务启动成功");

        while (true) {
            // 阻塞等待需要处理的事件发生
            selector.select();

            // 获取selector中注册的全部事件的 SelectionKey 实例
            Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
            Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();

            // 遍历SelectionKey对事件进行处理
            while (iterator.hasNext()) {
                SelectionKey key = iterator.next();
                // 如果是OP_ACCEPT事件,则进行连接获取和事件注册
                if (key.isAcceptable()) {
                    ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel();
                    SocketChannel socketChannel = server.accept();
                    socketChannel.configureBlocking(false);
                    // 这里只注册了读事件,如果需要给客户端发送数据可以注册写事件
                    socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                    System.out.println("客户端连接成功");
                } else if (key.isReadable()) {  // 如果是OP_READ事件,则进行读取和打印
                    SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();
                    ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(128);
                    int len = socketChannel.read(byteBuffer);
                    // 如果有数据,把数据打印出来
                    if (len > 0) {
                        System.out.println("接收到消息:" + new String(byteBuffer.array()));
                    } else if (len == -1) { // 如果客户端断开连接,关闭Socket
                        System.out.println("客户端断开连接");
                        socketChannel.close();
                    }
                }
                //从事件集合里删除本次处理的key,防止下次select重复处理
                iterator.remove();
            }
        }
    }
}
    

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小结

NIO方式适用于连接数目多且连接比较短(轻操作) 的架构, 比如聊天服务器, 弹幕系统, 服务器间通讯,但编程比较复杂