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Java NIO框架

NIO

全称是Non-Blocking IO或New IO,也就是非阻塞IO或新版IO。

NIO的特性如下:

1.面向缓冲区(Buffer):每个Buffer 实质上是一个容器对象
每一种基本 Java 类型都对应一种缓冲区类型:
ByteBuffer——byte
CharBuffer——char
ShortBuffer——short
IntBuffer——int
LongBuffer——long
FloatBuffer——float
DoubleBuffer——double

2.选择器(Selectors):选择器用于监听多个管道的事件,使用传统的阻塞时可以方便的知道什么时候可以进行读写,而使用非阻塞通道,选择器可以让我们知道什么时候通道准备好了
3.非阻塞模式
4.管道(Channel):管道实际上就像传统IO中的流,到任何目的地(或来自任何地方)的所有数据都必须通过一个 Channel 对象。

NIO和BIO的区别

1.BIO是面向流,NIO是面向块(缓冲区)
IO面向流的操作一次一个字节地处理数据。一个输入流产生一个字节的数据,一个输出流消费一个字节的数据。,导致了数据的读取和写入效率不佳;
NIO面向块的操作在一步中产生或者消费一个数据块。按块处理数据比按(流式的)字节处理数据要快得多,同时数据读取到一个它稍后处理的缓冲区,需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。通俗来说,NIO采取了“预读”的方式,当你读取某一部分数据时,会猜测你下一步可能会读取的数据而预先缓冲下来。
2.BIO是阻塞的,NIO是非阻塞的。
传统的IO中一个线程调用read()write()时,该线程被阻塞,直到有一些数据被读取,或数据完全写入。线程在此期间不能再干任何事情了。
而对于NIO,使用一个线程发送读取数据请求,没有得到响应之前,线程是空闲的,此时线程可以去执行别的任务,而不是像IO中那样只能等待响应完成。

拓展:JDK1.7引入了AIO

简单来说
BIO:同步阻塞IO
NIO:同步非阻塞IO
AIO:异步阻塞IO

适用场景

BIO:适用于连接数目比较小且固定的架构,这种方式对服务器资源要求比较高,并发局限于应用中。比如:文件的上传下载
NIO: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,并发局限于应用中,编程比较复杂
AIO:使用于连接数目多且连接比较长(重操作)的架构,比如相册服务器,充分调用OS参与并发操作,编程比较复杂。

目前常见的NIO框架

1.Netty(主流版本为4.1)

Netty是一个NIO客户端服务器框架,是一个提供异步的、事件驱动的网络应用程序框架和工具,用以快速开发高性能、高可靠性的网络服务器和客户端程序。可以快速轻松地开发协议服务器和客户端等网络应用程序。
Github地址:https://github.com/netty/netty
官网:https://netty.io/
开发文档:https://netty.io/wiki/user-guide-for-4.x.html
API文档:https://netty.io/4.1/api/index.html

Netty极大地简化并简化了TCP和UDP套接字服务器等网络编程。具有丰富的协议,如FTP,SMTP,HTTP以及各种二进制和基于文本的传统协议。因此,Netty实现易于开发,性能,稳定性和灵活性的方法。

Netty服务框架:

Netty是典型的Reactor模型结构,其中常用的Reactor线程模型有三种,
分别为:
Reactor单线程模型
Reactor多线程模型
主从Reactor多线程模型

Netty架构图
Java NIO框架插图
image.png
中文版:
Java NIO框架插图1
image.png
使用场景

1.分布式服务框架 Dubbo 的 RPC 框架使用 Dubbo 协议进行节点间通信,Dubbo 协议默认使用 Netty 作为基础通信组件,用于实现各进程节点之间的内部通信。
2.消息中间件 RocketMQ 的消息生产者和消息消费者之间,也采用 Netty 进行高性能、异步通信。
3.Hadoop 的高性能通信和序列化组件 Avro 的 RPC 框架,默认采用 Netty 进行跨节点通信,它的 Netty Service 基于 Netty 框架二次封装实现。
4.在游戏行业也是使用Netty实现各种服务器之间的通信

Netty高性能原理和框架架构解析可以参考

https://www.cnblogs.com/imstudy/p/9908791.html

2.Mina

Apache Mina Server 是一个网络通信应用框架,通过Java nio技术基于TCP/IP和UDP/IP协议提供了抽象的、事件驱动的、异步的API。也就是说,它主要是对基于TCP/IP、UDP/IP协议栈的通信框架(当然,也可以提供JAVA 对象的序列化服务、虚拟机管道通信服务等),帮助我们快速开发高性能、高扩展性的网络通信应用,并且提供了事件驱动、异步操作的编程模型。
Github地址:https://github.com/apache/mina
官网:https://mina.apache.org/
开发文档:https://mina.apache.org/mina-project/documentation.html
API文档:https://mina.apache.org/mina-project/apidocs/index.html

需要深入了解Mina可以参考:

https://www.cnblogs.com/duanxz/p/5143227.html

3.Grizzly

Grizzly是一种应用程序框架,专门解决编写成千上万用户访问服务器时候产生的各种问题。使用JAVA NIO作为基础,并隐藏其编程的复杂性。容易使用的高性能的API。带来非阻塞socketd到协议处理层。利用高性能的缓冲和缓冲管理使用高性能的线程池。
Github地址:https://github.com/javaee/grizzly
官网:https://javaee.github.io/grizzly/
开发文档:https://javaee.github.io/grizzly/documentation.html

设计理念:

Grizzly NIO框架的设计初衷便是帮助开发者更好地利用Java NIO API,构建强大的可扩展的服务器应用,并提供扩展框架的组件:Web框架(HTTP/S)、WebSocket、Comet等。

Grizzly体系结构图
Java NIO框架插图2
image.png
Grizzly体系结构理解可以参考:

https://blog.csdn.net/a_dreaming_fish/article/details/50468607

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