NIO同步非阻塞IO

一、NIO概述

1.首先介紹一下BIO（同步阻塞IO）

BIO-JDK1.0 - 同步阻塞式IO-BlockingIO

在執行ACCEPT CONNECT READ WRITE 四中操作時都會產生阻塞

Accept：客戶端未連接
Connect：連接超時（connection reset）;連接拒絕connection refuse
Read：服務器端讀取數據，但是客戶端未寫入數據，產生阻塞
Write：客戶端寫入數據，服務器端未讀取，當寫入數據數量達到緩衝區極限，產生阻塞

在平常開發當中並不是問題甚至因爲這樣的模型直觀而簡單應用的場景非常廣泛

但是在高併發的場景下這樣的阻塞式IO可能會造成如下問題：

在服務器開發中需要在服務器端通過少量線程處理多個客戶端請求這就要求在少量的線程應該可以靈活的切換處理不同客戶端但傳統的BIO阻塞式的工作方式一旦阻塞了線程線程就被掛起無法繼續執行無法實現這樣的功能

2.NIO - JDK4.0 - 同步非阻塞式IO - NonBlockingIO/NewIO
操作：   Accepet、 Connect、 Read、Write（非阻塞的）
   可以隨時讓線程切換所處理的客戶端從而可以實現高併發服務器的開發
   需求：用少量的線程來處理多個客戶端請求
   騰訊QQ聊天案例
       多人連接服務器，通過一箇中心選擇器進行管理，當多人需要聊天發送消息時（排隊處理），提供線程，一個客戶佔用線程沒發消息，導致其他人消息發不出去（BIO）
       使用NIO用少量的線程來處理多個客戶端請求，讓線程可以隨時切換所處理的客戶端

兩者特點對比：

BIO:同步阻塞式IO 面向流操作字節或字符單向傳輸數據
NIO:同步非阻塞式IO 面向通道操作緩衝區雙向傳輸數據

二、開源的NIO結構的服務器框架（瞭解）

       MINA
       Netty（更好）
   IO方式：
       阻塞/非阻塞：討論的是線程的角度,當執行某些操作不能立即完成時,線程是否被掛起,失去cpu爭奪權無法繼續執行直到阻塞結束或被喚醒
       同步/異步:討論的是參與通信雙方的工作機制,是否需要互相等待對方的執行
           同步：
               通信過程中一方在處理通信，另一方要等待對方執行不能去做其他無關的事
           異步：
               通信過程中一方在處理通信，另一方可以不用等待對方而可以去做其他無關的事直到對方處理通信完成再在適合的時候繼續處理通信過程
   三種IO機制的區別！！！

BIO	jdk1.0	同步阻塞式IO	面向流	操作字節或字符	單向傳輸數據
NIO	jdk4.0	同步非阻塞式IO	面向通道	操作緩衝區	雙向傳輸數據
AIO	jdk7.0	異步非阻塞式IO	大量使用回調函數	異步處理通信過程

三、粘包問題

概念：通過socket發送多段數據時底層的tcp協議會自動根據需要將數據拆分或合併組成數據包後發送給接受者 ,接受者收到數據後無法直接通過tcp協議本身判斷數據的邊界,這個問題就稱之爲粘包問題.

產生原因：

1.本質上是因爲tcp協議是傳輸層的協議本身沒有對會話控制提供相應的能力

2.socket開發網絡程序時相當於在自己實現會話層、表示層和應用層的功能，所以需要自己來相辦法解決粘包問題
舉例：aaa bbbbb cccc
TCP屬於傳輸層，底層靠數據包傳輸，只負責傳輸數據，不負責分配數據格式，結果爲ccccbbbbbaaa
導致不能明確數據的結構進行分段

解決方案：
   a.只發送固定長度的數據
       通信的雙發約定每次發送數據的長度,每次只發送固定長度的數據,接收數據方每次都按照固定長度獲取數據
       缺點:
           不夠靈活,只適合每次傳輸的數據都有固定長度的場景
   b. 約定分隔符
       通信雙方約定一個特殊的分隔符用來表示數據的邊界,接收方收到數據時,不停讀取,以分隔符爲標誌,區分數據的邊界
       缺點:
           如果數據本身就包含分隔符字符,則需要對數據進行預處理將數據本身包含的分隔符進行轉義,相對來說比較麻煩
   c. 數據分頭和體,在頭信息中描述數據長度或格式
       通過頭信息中傳遞數據長度或格式信息,在接收方法接收數據時,先讀取頭信息,在根據頭信息來決定如何獲取後續數據

協議:
公共協議：HTTP FTP SMTP POP3等等，需按照協議來通信，約束較大
通信問題解決：真正在開發過程中,如果需要開發底層網絡通信機制,可以根據需要選擇公有協議或自定義私有協議來解決通信規範問題

四、NIO通信案例

服務端：

服務端:
package cn.tedu.nio.channel;

import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;

public class ServerSocketChannelDemo01 {
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		//1.創建ServerSockentChannel對象
		ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
		//2.綁定指定端口
		ssc.bind(new InetSocketAddress(44444));
		//3.設置非阻塞模式
		ssc.configureBlocking(false);
		//4.接收客戶端連接
		SocketChannel sc = null;
		while(sc == null){
			sc = ssc.accept();
		}
		sc.configureBlocking(false);
		//5.讀取數據
		ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(5);
		while(buf.hasRemaining()){
			sc.read(buf);
		}
		//6.獲取數據打印
		byte[] arr = buf.array();
		String str = new String(arr);
		System.out.println(str);
		
		//5.關閉通道
		sc.close();
		ssc.close();
	}

}

客戶端：

客戶端:
	package cn.tedu.nio.channel;
	
	import java.net.InetSocketAddress;
	import java.nio.ByteBuffer;
	import java.nio.channels.SocketChannel;
	
	public class SocketChannelDemo01 {
		public static void main(String[] args) throws Exception {
			//1.創建客戶端SocketChannel
			SocketChannel sc = SocketChannel.open();
			//2.配置啓用非阻塞模式
			sc.configureBlocking(false);
			//3.連接服務器
			boolean isConn = sc.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 44444));
			if(!isConn){
				while(!sc.finishConnect()){
				}
			}
			
			//4.發送數據到服務器
			ByteBuffer buf = ByteBuffer.wrap("abcde".getBytes());
			while(buf.hasRemaining()){
				sc.write(buf);
			}
			
			//5.關閉通道
			sc.close();
		}
	}

五、少量線程處理多客戶端請求案例

客戶端：

客戶端:
	package cn.tedu.nio.channel;
	
	import java.net.InetSocketAddress;
	import java.nio.ByteBuffer;
	import java.nio.channels.SocketChannel;
	
	public class SocketChannelDemo01 {
		public static void main(String[] args) throws Exception {
			//1.創建客戶端SocketChannel
			SocketChannel sc = SocketChannel.open();
			//2.配置啓用非阻塞模式
			sc.configureBlocking(false);
			//3.連接服務器
			boolean isConn = sc.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 44444));
			if(!isConn){
				while(!sc.finishConnect()){
				}
			}
			
			//4.發送數據到服務器
			ByteBuffer buf = ByteBuffer.wrap("abcde".getBytes());
			while(buf.hasRemaining()){
				sc.write(buf);
			}
			
			//5.關閉通道
			sc.close();
		}
	}

服務端：

	package cn.tedu.nio.selector;
	
	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;
	
	public class ServerSocketDemo01 {
		public static void main(String[] args) throws Exception {
			//0.創建選擇器
			Selector selc = Selector.open();
			//1.創建代表服務器的ServerSocketChannel對象
			ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
			//2.設置爲非阻塞模式
			ssc.configureBlocking(false);
			//3.設置監聽的端口
			ssc.bind(new InetSocketAddress(44444));
			//4.將ssc註冊到選擇器中關注ACCEPT操作
			ssc.register(selc, SelectionKey.OP_ACCEPT);
			
			//5.通過選擇器選擇就緒的鍵
			while(true){
				selc.select();//嘗試到註冊的鍵集中來尋找就緒的鍵 如果一個就緒的鍵都找不到 就進入阻塞 直到找到就緒的鍵 返回就緒的鍵的個數
				
				//6.獲取就緒的鍵的集合
				Set<SelectionKey> keys = selc.selectedKeys();
				
				//7.遍歷處理就緒的鍵 代表的操作
				Iterator<SelectionKey> it = keys.iterator();
				while(it.hasNext()){
					//--獲取到就緒的鍵 根據鍵代表的操作的不同 來進行不同處理
					SelectionKey key = it.next();
					
					if(key.isAcceptable()){
						//--發現了Accept操作 
						//--獲取通道
						ServerSocketChannel sscx = (ServerSocketChannel) key.channel();
						//--完成Accept操作
						SocketChannel sc = sscx.accept();
						//--在sc上註冊讀數據的操作
						sc.configureBlocking(false);
						sc.register(selc, SelectionKey.OP_READ);
					}else if(key.isConnectable()){
						
					}else if(key.isWritable()){
						
					}else if(key.isReadable()){
						//--發現了Read操作
						//--獲取就緒的通道
						SocketChannel scx = (SocketChannel) key.channel();
						//--完成讀取數據的操作
						ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(10);
						while(buf.hasRemaining()){
							scx.read(buf);
						}
						String msg = new String(buf.array());
						System.out.println("[收到來自客戶端的消息]:"+msg);
					}else{
						throw new RuntimeException("未知的鍵,見了鬼了~");
					}
					
					//8.移除處理完的鍵
					it.remove();
				}
			}
		}
	}

NIO同步非阻塞IO

一、NIO概述

二、開源的NIO結構的服務器框架（瞭解）

三、粘包問題

四、NIO通信案例

五、少量線程處理多客戶端請求案例

Markdown語法基本介紹

排序問題

數據結構之棧

數據結構隊列

數據結構之數組底層代碼

https://yachay.unat.edu.pe/blog/index.php?comment_area=format_blog&comment_component=blog&comment_co

linux以太網驅動總結