1. 阻塞和同步

(1)阻塞(Block)和非租用(NonBlock)：

阻塞和非阻塞是在進程訪問數(shù)據(jù)時處理數(shù)據(jù)是否就緒的一種方式。數(shù)據(jù)未就緒時阻塞：往往需要等待緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)就緒后再處理其他事情，否則會一直阻塞隊列。在那里等著。

非阻塞：當我們的進程訪問我們的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)時，如果數(shù)據(jù)沒有準備好，則直接返回，無需等待。如果數(shù)據(jù)準備好了，也直接返回

(2)同步和異步方法：

同步和異步都基于應(yīng)用程序的私有操作系統(tǒng)處理 IO 事件的方式。比如同步：應(yīng)用程序直接參與IO讀寫操作。異步：所有IO讀寫都交給操作系統(tǒng)處理，應(yīng)用只需要等待通知即可。

在同步模式下處理IO事件時，必須阻塞在某個方法上，等待我們的IO事件完成(阻塞IO事件或者通過輪詢IO事件)。對于異步，所有的IO讀寫都交給操作系統(tǒng)來推。這時候，我們可以做其他事情，而不是完成真正的IO操作。當操作完成 IO 時，它會給我們的應(yīng)用程序一個通知

同步：阻塞直到 IO 事件，阻塞直到讀變?yōu)閷?。這時候我們根本不能自己動手，讓讀寫方法加到線程中，然后阻塞線程來實現(xiàn)，線程的性能開銷比較大。

2.BIO與NIO的對比

塊 IO 和非塊 IO

(1)區(qū)別

(2)Stream Oriented vs Buffer Oriented

Java NIO 和 IO 的第一個大區(qū)別是 IO 是面向流的。NIO 是面向緩沖區(qū)的。Java IO是面向流的，意味著每次從流中讀取一個字節(jié)，直到所有字節(jié)都被讀取完畢，它們不會被緩存到任何地方，而且它不能在流中來回移動數(shù)據(jù)。如果需要來回移動從流中讀取的數(shù)據(jù)，則需要先將其緩沖在緩沖區(qū)中。Java NIO 的面向緩沖區(qū)的方法略有不同。數(shù)據(jù)被讀入稍后處理的緩沖區(qū)，根據(jù)需要在緩沖區(qū)中來回移動。這增加了處理的靈活性。但是，您還需要檢查緩沖區(qū)是否包含您需要處理的所有數(shù)據(jù)。另外，確保當更多數(shù)據(jù)被讀入緩沖區(qū)時，它不會覆蓋緩沖區(qū)中未處理的數(shù)據(jù)。

(3)阻塞和非阻塞Java IO的各種流都是阻塞的。

這意味著當線程調(diào)用 read() 或 write() 時，線程會被阻塞，直到讀取了一些數(shù)據(jù)，或者數(shù)據(jù)被完全寫入。在此期間線程不能再做任何事情。Java NIO 的非阻塞模式使線程可以發(fā)送請求從通道讀取數(shù)據(jù)，但它只能獲取當前可用的數(shù)據(jù)。如果當前沒有可用的數(shù)據(jù)，它不會得到任何東西。線程可以繼續(xù)做其他事情，直到數(shù)據(jù)可供讀取，而不是保持線程阻塞。非阻塞寫入也是如此。線程請求將一些數(shù)據(jù)寫入通道，但不需要等待它完全寫入，線程可以在此期間做其他事情。線程通常會花費非阻塞 IO 空閑時間在其他通道上執(zhí)行 IO 操作，因此單個線程現(xiàn)在可以管理多個輸入和輸出通道(通道)。

(4)選擇器(Selector)

Java NIO的選擇器允許單線程監(jiān)控多個輸入通道，可以注冊多個通道使用一個選擇器，然后使用單獨的線程“選擇”通道：這些通過已經(jīng)有傳入可以被處理，或者選擇一個準備好寫入的通道。這種選擇機制使單個線程可以輕松管理多個通道。

(5)NIO和BIO讀取文件

BIO讀取文件

BIO從阻塞流中逐行讀取數(shù)據(jù)

NIO讀取文件：

通道是數(shù)據(jù)的載體，緩沖區(qū)是數(shù)據(jù)存放的地方，線程從緩沖區(qū)中檢查數(shù)據(jù)并每次通知通道

(6)處理數(shù)據(jù)的線程數(shù)

NIO：一個線程管理多個連接

BIO：一個線程管理一個連接

3.蔚來簡介

在 Java 1.4 之前的 I/O 系統(tǒng)中，提供的都是面向流的 I/O 系統(tǒng)。系統(tǒng)一次處理一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，一個輸入流產(chǎn)生一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，一個輸出流消耗一個字節(jié) 面向流的I/O很慢，Java 1.4引入了NIO，是面向塊的輸入輸出系統(tǒng)。系統(tǒng)以塊為單位進行處理，每個操作都是一步生成或消耗的。對于數(shù)據(jù)庫，以塊為單位處理數(shù)據(jù)比以字節(jié)為單位處理數(shù)據(jù)要快得多。

NIO中有幾個核心對象需要掌握：Buffer、Channel、Selector。

4. 緩沖

緩沖區(qū)實際上是一個容器對象，或者更直接地說，它實際上是一個數(shù)組。在 NIO 庫中，所有數(shù)據(jù)都使用緩沖區(qū)進行處理。讀取數(shù)據(jù)時，直接讀入緩沖區(qū);寫入數(shù)據(jù)時，也寫入緩沖區(qū);每次訪問 NIO 中的數(shù)據(jù)時，都會將其放入緩沖區(qū)。在面向流的 I/O 系統(tǒng)中，所有數(shù)據(jù)都直接寫入或直接讀取到 Stream 對象中。

在 NIO 中，所有的緩沖區(qū)類型都繼承自抽象類 Buffer。最常用的是ByteBuffer。對于Java中的基本類型，基本上都有特定的Buffer類型與之對應(yīng)。它們之間的繼承關(guān)系如下圖所示。

(1)四個屬性的

含義如下：

容量：緩沖區(qū)可以容納的最大數(shù)據(jù)元素數(shù)。此容量是在創(chuàng)建緩沖區(qū)時設(shè)置的，并且永遠無法更改。

上限(Limit)：緩沖區(qū)的第一個不能被讀寫的元素。換句話說，緩沖區(qū)中現(xiàn)有元素的計數(shù)。

位置：要讀取或?qū)懭氲南乱粋€元素的索引。該位置由相應(yīng)的 get( ) 和 put( ) 函數(shù)自動更新。

標記：要讀取或?qū)懭氲南乱粋€元素的索引。該位置由相應(yīng)的 get( ) 和 put( ) 函數(shù)自動更新。

(2)Buffer的常用方法如下：

flip()：將寫模式轉(zhuǎn)換為讀模式

rewind()：將位置重置為0，一般用于重復(fù)讀。

clear() :

compact(): 將未讀數(shù)據(jù)復(fù)制到緩沖區(qū)的頭部。

mark(): reset():mark 可以標記一個位置，reset 可以重置到那個位置。

緩沖區(qū)常見類型： ByteBuffer 、 MappedByteBuffer 、 CharBuffer 、 DoubleBuffer 、 FloatBuffer 、 IntBuffer 、 LongBuffer 、 ShortBuffer 。

(3)基本操作

緩沖區(qū)基本操作：鏈接

緩沖區(qū)分片、緩沖區(qū)分配、直接緩沖區(qū)、緩沖區(qū)映射、緩沖區(qū)只讀：鏈接

(4) 緩沖區(qū)訪問數(shù)據(jù)流

存儲數(shù)據(jù)時，位置為++，停止讀取數(shù)據(jù)時，

調(diào)用flip()。此時limit=position，

讀取數(shù)據(jù)時position=0，position++，直到limit

clear()清空緩沖區(qū)，準備再次寫入(position變?yōu)?，limit變?yōu)槿萘?。

5.頻道

通道是一個可以讀寫數(shù)據(jù)的對象，當然所有的數(shù)據(jù)都是通過一個Buffer對象來處理的。我們從不直接將字節(jié)寫入通道，而是將數(shù)據(jù)寫入包含一個或多個字節(jié)的緩沖區(qū)。此外，不是直接從通道讀取字節(jié)，而是從通道將數(shù)據(jù)讀取到緩沖區(qū)中，然后從緩沖區(qū)中檢索字節(jié)。

在 NIO 中，提供了多種通道對象，所有通道對象都實現(xiàn)了 Channel 接口。它們之間的繼承關(guān)系如下圖所示：

(1)使用NIO讀取

數(shù)據(jù)前面我們說過，每當讀取數(shù)據(jù)時，并不是直接從channel讀取，而是從channel讀取到buffer。所以使用 NIO 讀取數(shù)據(jù)可以分為以下三個步驟：

1)從 FileInputStream 中獲取 Channel

2)創(chuàng)建 Buffer

3)從 Channel 讀取數(shù)據(jù)到 Buffer

示例：鏈接

(2)使用NIO寫入數(shù)據(jù)

使用NIO寫入數(shù)據(jù)的過程與讀取數(shù)據(jù)的過程類似。同樣，數(shù)據(jù)不是直接寫入通道，而是寫入緩沖區(qū)，可以分為以下三個步驟：

1)從 FileInputStream中獲取通道

2)創(chuàng)建緩沖區(qū)

3)將數(shù)據(jù)從通道寫入緩沖區(qū)

示例：鏈接

6.反應(yīng)堆

(1)阻塞IO模型

在舊的IO包中，serverSocket和socket都是阻塞的，所以一旦出現(xiàn)大規(guī)模并發(fā)行為，每次訪問都會開啟一個新線程。這時候會有大規(guī)模的線程上下文切換操作(因為都在等待，所以資源都被現(xiàn)有線程吃掉了)，這個時候不管是等待線程還是處理線程，響應(yīng)率會下降，并且影響新線程。

(2) NIO

Java NIO 在 jdk1.4 中使用，可以稱為“新 IO”或非阻塞 I/O。下面是java NIO的工作原理：

1)一個專門的線程處理所有的IO事件，負責(zé)分發(fā)。

2)事件驅(qū)動機制：事件到達時觸發(fā)，而不是同步監(jiān)聽事件。

3)線程通信：線程之間通過wait、notify等方式進行通信，確保每一次上下文切換都是有意義的。減少不必要的線程切換。

注意：每個線程的處理流程大概是讀取數(shù)據(jù)、解碼、計算、編碼、發(fā)送響應(yīng)。

7. 選擇器

傳統(tǒng)的服務(wù)器/客戶端模型將基于 TPR(每個請求的線程)。服務(wù)器將為每個客戶端請求創(chuàng)建一個線程。該線程單獨處理客戶端請求。這個模型的一個問題是線程的數(shù)量急劇增加。大量線程會增加服務(wù)器的開銷。為了避免這個問題，大多數(shù)實現(xiàn)都采用線程池模型，并設(shè)置線程池中的最大線程數(shù)，這帶來了新的問題。如果線程池1線程中有200個線程，有200個用戶在下載大文件，那么第201個用戶的請求無法及時處理，即使第201個用戶只想請求幾個KB大小的頁面。傳統(tǒng)的 Sorvor/Client 模式如下：

NIO 中的非阻塞 IO 采用基于 Reactor 模式的工作方式，IO 調(diào)用不會被阻塞，而是注冊具有有趣特性的 IO 事件，例如可讀數(shù)據(jù)的到來， new Sockets等，系統(tǒng)會在發(fā)生hold rate事件時通知我們。Selector，NlO中非阻塞IO的核心設(shè)計，是注冊各種IO事件的地方，當這些事件發(fā)生時，這個對象告訴我們發(fā)生了什么。

當任何注冊的事件發(fā)生時，如讀或?qū)?，都可以從Selector中獲取對應(yīng)的SelectionKey，從SelectionKey中可以找到該事件和該事件發(fā)生的具體SelectableChannel，從而獲取客戶端發(fā)送的數(shù)據(jù)。

在 NIO 中使用非阻塞 IO 編寫服務(wù)器處理程序需要三個步驟。

(1)將感興趣的事件注冊到Selector對象中

(2)從Selector中獲取感興趣的事件

(3)根據(jù)不同的事件進行相應(yīng)的處理

通過上述介紹，相信大家對Nio原理已經(jīng)有所了解，大家如果對此比較感興趣，想了解更多相關(guān)知識，不妨來關(guān)注一下動力節(jié)點的NIO視頻教程，視頻教程由淺到深，通俗易懂，很適合沒有基礎(chǔ)的小伙伴學(xué)習(xí)，希望對大家能夠有所幫助哦。