JDK的NIO

文章內(nèi)容來自李林峰的《Netty權(quán)威指南》

JDK的NIO類庫

  • 緩沖區(qū)Buffer

    • ByteBuffer:字節(jié)緩沖區(qū)
    • CharBuffer:字符緩沖區(qū)
    • ShortBuffer:短整型緩沖區(qū)
    • IntBuffer:整型緩沖區(qū)
    • LongBuffer:長整型緩沖區(qū)
    • FloatBuffer:浮點(diǎn)型緩沖區(qū)
    • DoubleBuffer:雙精度浮點(diǎn)型緩沖區(qū)
  • 通道Channel
    網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通過channel讀取和寫入,全雙工模式

  • 多路復(fù)用器Selector
    提供選擇已就緒任務(wù)的能力,selector會不斷輪詢注冊在上面的channel,某個(gè)channel發(fā)生讀或?qū)懯录?就處于就緒狀態(tài),會被selector輪詢出來,然后通過SelectionKey獲取就緒Channel的集合,進(jìn)行后續(xù)IO操作

NIO服務(wù)端

  • 序列圖


    NIO服務(wù)端序列圖
  • 步驟

    1. 打開ServerSocketChannel,用于監(jiān)聽客戶端的連接,是所有客戶端連接的父管道
     ServerSocketChannel serverChannel=ServerSocketChannel.open();
    
    1. 綁定監(jiān)聽端口,設(shè)置為非阻塞模式
    serverChannel.configureBlocking(false);
    serverChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(port),1024);
    (注:1024指serverChannel的backlog為1024)
    
    1. 創(chuàng)建Reactor線程,創(chuàng)建多路復(fù)用器Selector并啟動線程
    selector=Selector.open();
    new Thread(new ReactorTask()).start();
    
    1. 將ServerSocketChannel 注冊到Reactor線程的多路復(fù)用器Selector,監(jiān)聽accept事件
    serverChannel.register(selector,SelectionKey.OP_ACCEPT);
    
    1. 多路復(fù)用器在線程run方法的無限循環(huán)體內(nèi)輪詢準(zhǔn)備就緒的key
    selector.select(1000);
    Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
    Iterator<SelectionKey> iterator = selectedKeys.iterator();
    SelectionKey key = null;
    while (iterator.hasNext()){
        key = iterator.next();
        iterator.remove();
        try {
          handleInput(key);
        } catch (Exception e) {
          if(key!=null){
            key.cancel();
            if(key.channel()!=null){
              key.channel().close();
            }
          }
        }
    } 
    
    1. 多路復(fù)用器監(jiān)聽到新客戶端的接入,處理新的接入請求,完成TCP三次握手,建立物理鏈路
    SocketChannel sc=serverChannel.accept();
    
    1. 設(shè)置客戶端鏈路為非阻塞模式
    sc.configureBlocking(false);
    
    1. 將新接入的客戶端連接注冊到Reactor線程的多路復(fù)用器,監(jiān)聽讀操作,讀取客戶端發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)消息
    sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);  
    
    1. 異步讀取客戶端請求消息到緩沖區(qū)
    ByteBuffer readBuffer=ByteBuffer.allocate(1024);
    int readBytes=sc.read(readBuffer);
    
    1. 對ByteBuffer進(jìn)行編解碼,如果有半包消息指針reset,繼續(xù)讀取后續(xù)的報(bào)文,將解碼成功的消息封裝成task,放入線程池中,進(jìn)行業(yè)務(wù)操作
      List<Object> messageList=null;
      while(buffer.hasRemain()){
          byteBuffer.mark();
          Object message=decode(byteBuffer);
          if(message==null){
            byteBuffer.reset();
            break;
          }
          messageList.add(message);
      }
      if(!byteBuffer.hasRemain()){
        byteBuffer.clear();
      }else{
         byteBuffer.compact(); 
      }
      if(!messageList!=null & !messageList.isEmpty()){
        for(Object messageE : messageList){
            handlerTask(messageE);
          }
      }
    
    1. 將POJO對象encode成ByteBuffer,調(diào)用SocketChannel的異步write接口,將消息異步發(fā)送給客戶端
    channel.write(buffer);
    

NIO客戶端

  • 序列圖


    NIO客戶端序列圖
  • 步驟

    1. 打開SocketChannel,綁定客戶端本地地址
    SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
    
    1. 設(shè)置SocketChannel 為非阻塞模式,同時(shí)設(shè)置客戶端連接TCP參數(shù)
    socketChannel.configureBlocking(false);
    socket.setSendBufferSize(BUFFER_SIZE);
    ......
    
    1. 異步連接服務(wù)端
    socketChannel.connect(new InetSocketAddress(host, port);
    
    1. 判斷是否連接成功,如果連接成功,注冊SelectionKey.OP_READ到多路復(fù)用器,如果沒有說明服務(wù)端沒返回TCP握手應(yīng)答,鏈路沒有建立,需要將socketChannel注冊到selector,注冊SelectionKey.OP_CONNECT
    if (socketChannel.connect(new InetSocketAddress(host, port))) {
          socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
    } else {
          socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT);
     }
    
    1. 向Reactor線程的多路復(fù)用器Selector注冊O(shè)P_CONNECT狀態(tài)位,監(jiān)聽服務(wù)端ACK應(yīng)答
  socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT);
  1. 創(chuàng)建selector,創(chuàng)建多路復(fù)用器并啟動線程
  selector = Selector.open();
  new Thread(new ReactorTask()).start();
  1. selector在無限循環(huán)體輪詢就緒的key
 selector.select(1000);
  Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
  Iterator<SelectionKey> iterator = selectedKeys.iterator();
  SelectionKey key = null;
  while (iterator.hasNext()){
      key = iterator.next();
      iterator.remove();
      try {
        handleInput(key);
      } catch (Exception e) {
        if(key!=null){
          key.cancel();
          if(key.channel()!=null){
            key.channel().close();
          }
        }
      }
  } 
  1. 接受connect事件并處理
  if (key.isConnectable()) {
        handlerConnect();
  }
  1. 判斷連接是否完成,完成則注冊讀操作到selector
  if (key.isReadable()) {
        registerRead();
  }
  1. 向多路復(fù)用器selector注冊O(shè)P_READ事件
  socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
  1. 異步讀請求消息到ByteBuffer
  int readBytes = sc.read(byteBuffer);
  1. 對ByteBuffer進(jìn)行編解碼,如果有半包消息指針reset,繼續(xù)讀取后續(xù)的報(bào)文,將解碼成功的消息封裝成task,放入線程池中,進(jìn)行業(yè)務(wù)操作
  List<Object> messageList=null;
  while(buffer.hasRemain()){
      byteBuffer.mark();
      Object message=decode(byteBuffer);
      if(message==null){
        byteBuffer.reset();
        break;
      }
      messageList.add(message);
  }
  if(!byteBuffer.hasRemain()){
    byteBuffer.clear();
  }else{
     byteBuffer.compact(); 
  }
  if(!messageList!=null & !messageList.isEmpty()){
    for(Object messageE : messageList){
        handlerTask(messageE);
      }
  }
  1. 將POJO對象encode成ByteBuffer,調(diào)用SocketChannel的異步write接口,將消息異步發(fā)送給客戶端
channel.write(buffer);
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