Java NIO浅读

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Jun 30, 2020

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Java_NIO浅读

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BIO vs NIO

BIO:

单向读取/写入，InputStream，OutputStream，当拿到InputStream/OutputStream对象时，系统已读完内容到内存。

NIO:

双向读取读取/写入，使用Buffer，Channel。Channel可以理解为连接，充Channel读取内容到Buffer后，如需要从Buffer写内容到Channel，需要将buffer翻转，调用buffer.flip()方法。读取需要字节读取，buffer可以设置读取的字节容量大小。

Channel，Buffer之间的数据传输方式：

Buffer从一个或多个Channel中读取内容

Buffer往一个或多个Channel中写入内容

Channel到Channel的数据传输

IO模型

IO分两步，等待可读/写，真正读/写，常用的五种IO模型：

IO复用、异步IO区别

非阻塞IO(NIO)有IO复用、信号驱动IO(AIO)两种实现方式，它们真正读写的过程是阻塞的，而异步IO整个IO过程都不阻塞的。NIO关心的是“可以读写了”，AIO关心的是“读写完了”。

NIO Server

NIO Server用的是IO多路复用模型，所有的Channel连接时向Selector注册感兴趣的事件，selector另起一个线程循环检查可读写的Channel，当读写就绪时调用对应的Handler处理，由于读写是memory copy，性能很高，NIO Server只需少量的线程便可以处理大量的连接。

NIO Server需要自己处理TCP拆包粘包问题

由于从Channel中读取信息是按字节读取，不能保证每次读取都能包含一段完整数据报，对于不完整的数据报内容需要先缓存起来，等待下一次读取的时候组成数据报。

一个MessageReader对应一个Channel，MessageReader负责吧Data Block转换成Message，为了缓存不完整的Message，如果一个MessageReader一个缓存空间，假如最大的Message有1MB，那么1,000,000个连接就需要1,000,0000x1MB=1TB内存，那如果最大的消息有16MB呢？这显然是不合理的。使用可调整大小缓存空间可以解决这个问题：

Resize by Copy

先分配一块小的缓存空间，当消息到达后发现空间不够用就再开辟一块新的大的缓存空间，把原来的缓存空间内容复制过来，以此类推。这样的好处是缓存的内容在内存地址上是连续的，消息的解析更为方便，坏处是可能会产生大量的Copy操作。

Resize By Append

先分配一块小的缓存空间，不够用时在加分配一块缓存空间，两个缓存空间内存地址上不连续，类似链表。这样的好处是可以避免大量的Copy操作，坏处是后面的消息解释处理比较复杂。

TLV即是Type, Length, Value，消息TLV值放在消息头部，这样当消息头部到达时MessageReader就知道需要分配多少缓存空间大小了，这样效率更高，内存管理更优秀。由于在消息完全到达前就已经分配好空间大小，如果一个连接的消息体太大可能会消耗服务器内存导致无响应。

什么时候用IO，什么时候用NIO？

面对少量连接的时候使用IO更方便而不会造成太大的性能损失，面对大量连接使用NIO，这样同样的服务器硬件能应对更多的连接。