Java阻塞IO与非阻塞IO

http://www.open-open.com/lib/view/open1420790598093.html

IO:

IO 是主存和外部设备 ( 硬盘、终端和网络等 ) 拷贝数据的过程。 IO 是操作系统的底层功能实现，底层通过 I/O 指令进行完成。

阻塞与非阻塞:

一辆从 A 开往 B 的公共汽车上，路上有很多点可能会有人下车。司机不知道哪些点会有哪些人会下车，对于需要下车的人，如何处理更好？

司机过程中定时询问每个乘客是否到达目的地，若有人说到了，那么司机停车，乘客下车。 ( 类似阻塞式 )
每个人告诉售票员自己的目的地，然后睡觉，司机只和售票员交互，到了某个点由售票员通知乘客下车。 ( 类似非阻塞 )

很显然，每个人要到达某个目的地可以认为是一个线程，司机可以认为是 CPU 。在阻塞式里面，每个线程需要不断的轮询，上下文切换，以达到找到目的地的结果。而在非阻塞方式里，每个乘客 ( 线程 ) 都在睡觉 ( 休眠 ) ，只在真正外部环境准备好了才唤醒，这样的唤醒肯定不会阻塞。

阻塞式I/O：(传统的IO)

以网络应用为例，在传统IO方式（阻塞IO）中需要监听一个ServerSocket，接受请求的连接为其提供服务（服务通常包括了处理请求并发送响应）下图是服务器的生命周期图，其中标有粗黑线条的部分表明会发生I/O阻塞。



此方式在遇到多请求时，只能等待前面的请求完成后才能处理新的请求，所以通常在Java中处理阻塞I/O要用到线程（大量的线程）。代码如下

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可以分析创建服务器的每个具体步骤。首先创建ServerSocket

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然后接受新的连接请求

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在LogicThread中处理请求

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生命周期如下图所示：



传统IO方式（阻塞I/O）在调用InputStream.read()/buffer.readLine()方法时是阻塞的，它会一直等到数据到来或缓冲区已满时或超时时才会返回，并且产生了大量String类型垃圾，尽管可以使用StringBuffer优化；同样，在调用ServerSocket.accept()方法时，也会一直阻塞到有客户端连接才会返回，每个客户端连接过来后，服务端都会启动一个线程去处理该客户端的请求。并且多线程处理多个连接。每个线程拥有自己的栈空间并且占用一些 CPU 时间。每个线程遇到外部未准备好的时候，都会阻塞掉。阻塞的结果就是会带来大量的进程上下文切换。且大部分进程上下文切换可能是无意义的。比如假设一个线程监听某一个端口，一天只会有几次请求进来，但是该
cpu 不得不为该线程不断做上下文切换尝试，大部分的切换以阻塞告终。

非阻塞式I/O（NIO）:也可以说成“New I/O”

核心类：

1.Buffer 为所有的原始类型提供 (Buffer) 缓存支持。

2.Charset 字符集编码解码解决方案

3.Channel 一个新的原始 I/O 抽象，用于读写Buffer类型，通道可以认为是一种连接，可以是到特定设备，程序或者是网络的连接。通道的类等级结构图如下



图中ReadableByteChannel和WritableByteChannel分别用于读写。

GatheringByteChannel可以从使用一次将多个Buffer中的数据写入通道，相反的，ScatteringByteChannel则可以一次将数据从通道读入多个Buffer中。你还可以设置通道使其为阻塞或非阻塞I/O操作服务。

为了使通道能够同传统I/O类相容，Channel类提供了静态方法创建Stream或Reader

4.Selector

在过去的阻塞I/O中，我们一般知道什么时候可以向stream中读或写，因为方法调用直到stream准备好时返回。但是使用非阻塞通道，我们需要一些方法来知道什么时候通道准备好了。在NIO包中，设计Selector就是为了这个目的。SelectableChannel可以注册特定的事件，而不是在事件发生时通知应用，通道跟踪事件。然后，当应用调用Selector上的任意一个selection方法时，它查看注册了的通道看是否有任何感兴趣的事件发生。

下面是java NIO的工作原理：

由一个专门的线程来处理所有的 IO 事件，并负责分发。
事件驱动机制：事件到的时候触发，而不是同步的去监视事件。
线程通讯：线程之间通过 wait,notify 等方式通讯。保证每次上下文切换都是有意义的。减少无谓的线程切换。

如下图所示：



（注：每个线程的处理流程大概都是读取数据、解码、计算处理、编码、发送响应。）

Java NIO的服务端只需启动一个专门的线程来处理所有的 IO 事件。java NIO采用了双向通道（channel）进行数据传输，而不是单向的流（stream），在通道上可以注册我们感兴趣的事件。一共有以下四种事件：

服务端接收客户端连接事件 SelectionKey.OP_ACCEPT(16)

客户端连接服务端事件 SelectionKey.OP_CONNECT(8)

读事件 SelectionKey.OP_READ(1)

写事件 SelectionKey.OP_WRITE(4)

服务端和客户端各自维护一个管理通道的对象，我们称之为selector，该对象能检测一个或多个通道 (channel) 上的事件。我们以服务端为例，如果服务端的selector上注册了读事件，某时刻客户端给服务端发送了一些数据，阻塞I/O这时会调用read()方法阻塞地读取数据，而NIO的服务端会在selector中添加一个读事件。服务端的处理线程会轮询地访问selector，如果访问selector时发现有感兴趣的事件到达，则处理这些事件，如果没有感兴趣的事件到达，则处理线程会一直阻塞直到感兴趣的事件到达为止。



完整的非阻塞IO实例

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参考；
http://www.iteye.com/topic/834447 http://weixiaolu.iteye.com/blog/1479656 http://www.360doc.com/content/12/0604/15/9579107_215842144.shtml