同步非阻塞IO---NIO

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高并发引起的问题

一个使用传统阻塞I/O的系统,如果还是使用传统的一个请求对应一个线程这种模式,一旦有高并发的大量请求,就会有如下问题：

  1. 线程不够用, 就算使用了线程池复用线程也无济于事;
  2. 阻塞I/O模式下,会有大量的线程被阻塞,一直在等待数据,这个时候的线程被挂起,只能干等,CPU利用率很低,换句话说,系统的吞吐量差;
  3. 如果网络I/O堵塞或者有网络抖动或者网络故障等,线程的阻塞时间可能很长。整个系统也变的不可靠;

概述

  1. 指JDK1.4及以上版本里提供的新的API，为所有原始类型（boolean类型除外）提供缓存支持的数据容器，使用它可以提供非阻塞式的高伸缩性网络。
  2. NIO的作用：进行数据传输
  3. NIO的组件：Buffer，Channel，Selector
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    // IO的分类
    BIO - BlockingIO - 同步阻塞式IO
    NIO - NewIO - NonBlockingIO - 同步非阻塞IO - JDK1.4
    AIO - AsynchronousIO - 异步非阻塞式IO - JDK1.8
    NIO

阻塞与同步

点击了解烧水壶例子

同步：
所谓同步，就是在发出一个功能调用时，在没有得到结果之前，该调用就不返回。也就是必须一件一件事做,等前一件做完了才能做下一件事。
例如普通B/S模式（同步）：提交请求->等待服务器处理->处理完毕返回 这个期间客户端浏览器不能干任何事

异步：
异步的概念和同步相对。当一个异步过程调用发出后，调用者不能立刻得到结果。实际处理这个调用的部件在完成后，通过状态、通知和回调来通知调用者。
例如 ajax请求（异步）: 请求通过事件触发->服务器处理（这是浏览器仍然可以作其他事情）->处理完毕

阻塞：
阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起（线程进入非可执行状态，在这个状态下，cpu不会给线程分配时间片，即线程暂停运行）。函数只有在得到结果之后才会返回。
有人也许会把阻塞调用和同步调用等同起来，实际上他是不同的。对于同步调用来说，很多时候当前线程还是激活的，只是从逻辑上当前函数没有返回,它还会抢占cpu去执行其他逻辑，也会主动检测io是否准备好。

非阻塞
非阻塞和阻塞的概念相对应，指在不能立刻得到结果之前，该函数不会阻塞当前线程，而会立刻返回。

再简单点理解就是：

  1. 同步：就是我调用一个功能，该功能没有结束前，我死等结果。
  2. 异步：就是我调用一个功能，不需要知道该功能结果，该功能有结果后通知我（回调通知）
  3. 阻塞：就是调用我（函数），我（函数）没有接收完数据或者没有得到结果之前，我不会返回。
  4. 非阻塞：就是调用我（函数），我（函数）立即返回，通过select通知调用者

同步IO和异步IO的区别就在于：数据拷贝的时候进程是否阻塞
阻塞IO和非阻塞IO的区别就在于：应用程序的调用是否立即返回
综上可知:
同步和异步,阻塞和非阻塞,有些混用,其实它们完全不是一回事,而且它们修饰的对象也不相同。

BIO与NIO对比

IO模型 BIO NIO
方式 从硬盘到内存 从内存到硬盘
通信 面向流 面向缓存
处理 阻塞式IO 非阻塞IO
触发 无 选择器（轮询机制）
  1. BIO缺点
    a.阻塞：导致效率整体降低。
    b.一对一连接：客户端每过来一个请求，那么在服务端就需要一个线程去处理这个请求。如果客户端产生大量的请求，会导致服务端也产生大量的线程去处理请求，服务器端的线程数量一旦过多，会导致服务器的卡顿甚至崩溃。
    c.如果客户端连接之后不产生任何操作，依然会占用服务端的线程，导致服务器资源的浪费。
  2. 面向流与面向缓冲
    Java NIO和IO之间第一个最大的区别是，IO是面向流的.NIO是面向缓冲区的。Java IO面向流意味着毎次从流中读一个成多个字节，直至读取所有字节，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教据，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，霱要时可在缓冲区中前后移动。这就增加了处理过程中的灵活性。但是，还需要检查是否该缓冲区中包含所有您需要处理的数裾。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。

Buffer - 缓存区

  1. 作用存储数据
  2. 容器：数组，针对基本类型提供了其中对应的Buffer（boolean类型除外）
  3. 重要位置： capacity >= limit >= position >= mark
    Buffer
    容量（Capacity）：缓冲区能够容纳的数据元素的最大数量。这一个容量在缓冲区创建时被设定，并且永远不能改变。
    上界(Limit)：限制位。用于限制操作位所能达到的最大位置。缓冲区刚创建时，limit和capacity重合
    位置(Position)：下一个要被读或写的元素的索引。用于执行要读写的位置。默认pisition为0。
    标记(Mark)：下一个要被读或写的元素的索引。类似于数组的下标，用于执行要读写的位置。默认情况下mark为-1
  4. 重要操作
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    // flip:翻转缓冲区
    public final Buffer flip() {
       limit = position;
       position = 0;
       mark = -1;
       return this;
    }

    // clear:清空缓冲区
    public final Buffer clear() {
       position = 0;
       limit =  capacity;
       mark = -1;
       return this;
    }

    // reset:重置缓冲区
    public final Buffer rewind() {
       postion = 0;
       mark = -1;
       return this;
    }

Channel - 通道

  1. 作用：传输数据。
  2. 分类：
    a.文件 - FileChannel
    b.UDP - DatagramChannel
    c.TCP - SocketChannel、ServerSocketChannel
  3. 通道默认时阻塞的，可以手动设置为非阻塞。
  4. 通道可以进行双向传输。

Selector - 选择器

Java NIO的选择器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：这些通里已经有可以处理的褕入，或者选择已准备写入的通道。这选怿机制，使得一个单独的线程很容易来管理多个通道。

  1. 作用：选择事件。
  2. 选择器是面向通道进行操作，但是选择器要求通道必须是非阻塞的。
  3. 利用选择器，可以实现一对多的效果。

参考资料