Java IO学习笔记六：NIO到多路复用

发布时间：2023-04-18 14:19:35 所属栏目：教程来源：

导读：虽然NIO性能上比BIO要好，参考：Java IO学习笔记五：BIO到NIO

但是NIO也有问题，NIO服务端的示例代码中往往会包括如下代码：

....
//遍历已经链接进来的客户端能不能读写数据
for (SocketChanne

虽然NIO性能上比BIO要好，参考：Java IO学习笔记五：BIO到NIO

但是NIO也有问题，NIO服务端的示例代码中往往会包括如下代码：

....
//遍历已经链接进来的客户端能不能读写数据
for (SocketChannel c : clients) {
int num = c.read(buffer);
if (num > 0) {
buffer.flip();
byte[] aaa = new byte[buffer.limit()];
buffer.get(aaa);
String b = new String(aaa);
System.out.println(c.socket().getPort() + " : " + b);
buffer.clear();
}
}
...
即：遍历所有的SocketChannel，获取能读写数据的客户端，当客户端数量非常多的时候，服务端要轮询所有连接的客户端拿数据（recv调用），很多调用是无意义的，这样会导致频繁的用户态切换成内核态，导致性能变差。

多路复用技术可以解决NIO的这个问题，多个IO通过一个系统调用获得其中的IO状态，然后由程序对有状态的IO进行读写操作。在Linux系统中，多路复用的实现有：

基于POSIX标准的SELECT
POLL (select只支持最大fd < 1024，如果单个进程的文件句柄数超过1024，select就不能用了。poll在接口上无限制)
EPOLL
其中SELECT和POLL类似，但是有一些区别，参考select和poll的区别

无论NIO，SELECT还是POLL，都是要遍历所有IO，询问状态,只不过遍历这件事到底是内核来做还是应用程序来做而已。

而epoll，可以看成是SELECT和POLL的增强，在调用select/poll时候，都需要把fd集合从用户态拷贝到内核态，但是epoll调用epoll_ctl时拷贝进内核并保存，之后每次epoll_wait不做拷贝，而且epoll采用的是事件通知方式，每当fd就绪，系统注册的回调函数就会被调用，将就绪fd放到rdllist里面。时间复杂度O(1)。

更多内容可以参考：

深入理解 Epoll

Select、Poll、Epoll详解

Java的Selector封装了底层epoll和poll的API，可以通过指定如下参数来调用执行的内核调用, 在Linux平台，如果指定

-Djava.nio.channels.spi.SelectorProvider=sun.nio.ch.PollSelectorProvider
则底层调用poll，

指定为：

-Djava.nio.channels.spi.SelectorProvider=sun.nio.ch.EPollSelectorProvider
或者不指定，则底层调用epoll。

源码参考:jdk8u-jdk

image

接下来，我们使用一套服务端代码，在Linux服务器上运行，分别指定底层用epoll和poll，并用strace工具来追踪其内核调用。

准备服务端代码：

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.*;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;
public class SocketMultiplexingV1 {
private Selector selector = null;
int port = 9090;
public void initServer() {
try {
ServerSocketChannel server = ServerSocketChannel.open();
server.configureBlocking(false);
server.bind(new InetSocketAddress(port));
selector = Selector.open();
server.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
} catch (IOException e) {
e.printstacktrace();
}
}
public void start() {
initServer();
System.out.println("服务器启动了。。。。。");
try {
while (true) {
Set<SelectionKey> keys = selector.keys();
System.out.println(keys.size() + " size");
while (selector.select() > 0) {
//返回的有状态的fd集合
Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
Iterator<SelectionKey> iter = selectionKeys.iterator();
while (iter.hasNext()) {
SelectionKey key = iter.next();
iter.remove();
if (key.isAcceptable()) {
acceptHandler(key);
} else if (key.isReadable()) {
readHandler(key);
}
}
}
}
} catch (IOException e) {
e.printstacktrace();
}
}
public void acceptHandler(SelectionKey key) {
try {
ServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel) key.channel();
SocketChannel client = ssc.accept();
client.configureBlocking(false);
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(8192);
client.register(selector, SelectionKey.OP_READ, buffer);
System.out.println("-------------------------------------------");
System.out.println("新客户端：" + client.getRemoteAddress());
System.out.println("-------------------------------------------");
} catch (IOException e) {
e.printstacktrace();
}
}
public void readHandler(SelectionKey key) {
SocketChannel client = (SocketChannel) key.channel();
ByteBuffer buffer = (ByteBuffer) key.attachment();
buffer.clear();
int read;
try {
while (true) {
read = client.read(buffer);
if (read > 0) {
buffer.flip();
while (buffer.hasRemaining()) {
client.write(buffer);
}
buffer.clear();
} else if (read == 0) {
break;
} else {
client.close();
break;
}
}
} catch (IOException e) {
e.printstacktrace();
}
}
public static void main(String[] args) {
SocketMultiplexingV1 service = new SocketMultiplexingV1();
service.start();
}
}

（编辑：汽车网）

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