Java筆記之從IO模型到Netty框架學(xué)習(xí)初識(shí)篇

更新時(shí)間：2022年03月18日 14:43:09 作者：明天一定.

Netty作為一個(gè)已經(jīng)發(fā)展了十多年的框架，已然非常成熟了，其中有大量的細(xì)節(jié)是普通使用者不知道或者不關(guān)心的，本文帶你查缺補(bǔ)漏掌握Netty的使用

什么是Netty

異步，基于事件驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用框架，用以快速開(kāi)發(fā)高性能，高可靠的網(wǎng)絡(luò)IO程序
主要針對(duì)在TCP協(xié)議下，面向Clients端的高并發(fā)應(yīng)用
本質(zhì)是一個(gè)NIO框架，適用于服務(wù)器通訊等場(chǎng)景

異步：發(fā)送請(qǐng)求無(wú)需等待響應(yīng)，程式接著往下走。

事件驅(qū)動(dòng)：一個(gè)連接事件或者斷開(kāi)事件，或者讀事件或者寫(xiě)事件，發(fā)生后的后續(xù)處理。

Netty典型應(yīng)用：

高性能rpc框架用來(lái)遠(yuǎn)程服務(wù)(過(guò)程)調(diào)用，比如Dubbo。
游戲行業(yè)，頁(yè)面數(shù)據(jù)交互。
大數(shù)據(jù)領(lǐng)域如Hadoop高性能通訊和序列化組件（AVRO）。

IO模型

簡(jiǎn)單理解就是用什么通道去進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。

BIO：一個(gè)連接一個(gè)線程，連接不做任何事會(huì)造成不必要的線程開(kāi)銷。適用于連接數(shù)目較小且固定的架構(gòu)。

NIO:服務(wù)端一個(gè)線程（也可以多個(gè)），維護(hù)一個(gè)多路復(fù)用器。由多路復(fù)用器去處理IO線程。適用于連接數(shù)目多且較短的架構(gòu)

AIO:異步非阻塞，還未得到廣泛應(yīng)用。適用于連接數(shù)目多且連接較長(zhǎng)的架構(gòu)。

BIO

BIO編程簡(jiǎn)單流程

服務(wù)端創(chuàng)建啟動(dòng)ServerSocket
客戶端啟動(dòng)Socket對(duì)服務(wù)器進(jìn)行通信，默認(rèn)服務(wù)器會(huì)對(duì)每一個(gè)客戶創(chuàng)建一個(gè)線程。
客戶端發(fā)出請(qǐng)求后，先咨詢線程是否有響應(yīng)，如果沒(méi)有則等待或者拒絕。
如果有響應(yīng)，則等待請(qǐng)求結(jié)束后，再繼續(xù)執(zhí)行。（阻塞）

BIO簡(jiǎn)單實(shí)例

public class BIOserver {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 為了方便直接用了Executors創(chuàng)建線程池
        ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
        //指定服務(wù)端端口
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666);
        System.out.println("服務(wù)器啟動(dòng)");
        while(true){
            //阻塞等待連接
            Socket socket = serverSocket.accept();
            System.out.println("連接到一個(gè)客戶端");
            //每個(gè)連接對(duì)應(yīng)一個(gè)線程
            service.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        handler(socket);
                    }catch (Exception e){
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
        }
    }
    public static void handler(Socket socket) throws IOException {
        System.out.println("Thread:"+Thread.currentThread().getId());
        byte[] bytes = new byte[1024];
        InputStream inputStream = socket.getInputStream();
        while (true){
            //阻塞等待讀取
            int n = inputStream.read(bytes);
            if(n!=-1){
                System.out.println(new String(bytes,0,n));
            }else {
                break;
            }
        }
        socket.close();
    }
}

測(cè)試：使用windows的telnet

使用 ctrl+]

?可以在服務(wù)端控制臺(tái)看到，已經(jīng)讀取到發(fā)送的數(shù)據(jù)

NIO

三大核心部分：Channel(可類比Socket),Buffer,Selector

大概是這個(gè)樣子?？蛻舳撕虰uffer交互，Buffer和Channel是一對(duì)一的關(guān)系。Selector選擇操作Channel（事件驅(qū)動(dòng)，如果Channel有事件發(fā)生，Selector才去選擇操作。）

Buffer

Buffer基本使用

ByteBuffer使用場(chǎng)景較為廣泛。

buffer就是一個(gè)內(nèi)存塊，所以說(shuō)nio是面向塊/緩沖，底層是數(shù)組。數(shù)據(jù)讀寫(xiě)是通過(guò)buffer。可以使用方法flip切換讀寫(xiě)。

public class BufferNio {
    public static void main(String[] args) {
        //創(chuàng)建buffer容量為5個(gè)int
        IntBuffer buffer = IntBuffer.allocate(5);
        //放數(shù)據(jù)
        buffer.put(1);
        buffer.put(2);
        buffer.put(3);
        buffer.put(4);
        buffer.put(5);
        //讀寫(xiě)切換
        buffer.flip();
        //取數(shù)據(jù)
        //內(nèi)部維護(hù)一個(gè)索引，每次get索引都會(huì)往后邊移動(dòng)
        while(buffer.hasRemaining()){
            System.out.println(buffer.get());
        }
    }
}

Buffer四個(gè)主要屬性

    // Invariants: mark <= position <= limit <= capacity
    private int mark = -1;
    private int position = 0;
    private int limit;
    private int capacity;

mark：標(biāo)記，很少改變

position：下一個(gè)要被讀元素的位置，為下次讀寫(xiě)做準(zhǔn)備

limit：緩沖器當(dāng)前的終點(diǎn)，不能對(duì)緩沖區(qū)極限意外的區(qū)域讀寫(xiě)，可變。

capacity：不可變，創(chuàng)建時(shí)指定的最大容量。

上邊出現(xiàn)了讀寫(xiě)切換的方法flip，我們看下源碼，可以看出來(lái)通過(guò)改變屬性實(shí)現(xiàn)可讀可寫(xiě)的。

    public final Buffer flip() {
        limit = position;
        position = 0;
        mark = -1;
        return this;
    }

可以通過(guò)啊更改limit或者position來(lái)實(shí)現(xiàn)你想要的操作。參數(shù)自己決定

        buffer.limit(2);
        buffer.position(1);

Channel

可讀可寫(xiě)，上接Selector，下連Buffer。

當(dāng)客戶端連接ServerSocketChannel時(shí)，創(chuàng)建客戶端自己的SocketChannel。

本地文件寫(xiě)案例

public class ChannelNio {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        String str = "少壯不努力，老大徒傷悲";
        //創(chuàng)建輸出流
        FileOutputStream os = new FileOutputStream("D:\\xxxxxxxxxxxxxxxxxxx\\a.txt");
        //獲取FileChannel
        FileChannel channel = os.getChannel();
        //創(chuàng)建緩沖
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        //把字符串放入緩沖區(qū)
        buffer.put(str.getBytes());
        //反轉(zhuǎn)ByteBuffer
        buffer.flip();
        //將ByteBuffer寫(xiě)入到FileChannel
        channel.write(buffer);
        //關(guān)閉流
        os.close();
    }
}

圖示理解

本地文件讀案例

public class ChannelNio {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        FileInputStream is = new FileInputStream("D:\\xxxxxxxxxxxxxxxxxxx\\a.txt");
        FileChannel channel = is.getChannel();
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        channel.read(buffer);
        System.out.println(new String(buffer.array()));
        is.close();
    }
}

本地文件拷貝案例

方法一

public class ChannelNio {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        FileInputStream is = new FileInputStream("D:\\xxxxxxxxxxxxxxxxxxx\\a.txt");
        FileChannel channel = is.getChannel();
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        FileOutputStream os = new FileOutputStream("D:\\xxxxxxxxxxxxxxxxxxx\\b.txt");
        FileChannel osChannel = os.getChannel();
        while (true){
            buffer.clear();
            int i = channel.read(buffer);
            if(i==-1){
                break;
            }
            buffer.flip();
            osChannel.write(buffer);
        }
        is.close();
        os.close();
    }
}

方法二

public class ChannelNio {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        FileInputStream is = new FileInputStream("D:\\xxxxxxxxxxxxxxxxxxx\\HELP.md");
        FileChannel channel = is.getChannel();
        FileOutputStream os = new FileOutputStream("D:\\xxxxxxxxxxxxxxxxxxx\\HELP222.md");
        FileChannel osChannel = os.getChannel();
        osChannel.transferFrom(channel,0,channel.size());
        is.close();
        os.close();
    }
}

Selector

用一個(gè)線程處理多個(gè)客戶端連接。可以檢測(cè)多個(gè)注冊(cè)通道的事件，并作出相應(yīng)處理。不用維護(hù)所有線程。

Selector可以獲得被注冊(cè)的SocketChannel的一個(gè)SelectionKey集合，然后監(jiān)聽(tīng)select，獲得有事件發(fā)生的SelectionKey，最后通過(guò)SelectionKey獲得通道進(jìn)行相應(yīng)操作，完成業(yè)務(wù)。

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