最近在分析hadoop的RPC(Remote Procedure Call Protocol ，远程过程调用协议，它是一种通过网络从远程计算机程序上请求服务，而不需要了解底层网络技术的协议。可以参考：http://baike.baidu.com/view/32726.htm ）机制时，发现hadoop的RPC机制的实现主要用到了两个技术：动态代理（动态代理可以参考博客：http://weixiaolu.iteye.com/blog/1477774 ）和java NIO。为了能够正确地分析hadoop的RPC源码，我觉得很有必要先研究一下java NIO的原理和具体实现。

这篇博客我主要从两个方向来分析java NIO

目录：
一．java NIO 和阻塞I/O的区别
     1. 阻塞I/O通信模型
     2. java NIO原理及通信模型
二．java NIO服务端和客户端代码实现

具体分析：

一．java NIO 和阻塞I/O的区别

1. 阻塞I/O通信模型

假如现在你对阻塞I/O已有了一定了解，我们知道阻塞I/O在调用InputStream.read()方法时是阻塞的，它会一直等到数据到来时（或超
时）才会返回；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。阻塞I/O的通信模型示意图如下：

如果你细细分析，一定会发现阻塞I/O存在一些缺点。根据阻塞I/O通信模型，我总结了它的两点缺点：
1. 当客户端多时，会创建大量的处理线程。且每个线程都要占用栈空间和一些CPU时间

2. 阻塞可能带来频繁的上下文切换，且大部分上下文切换可能是无意义的。

在这种情况下非阻塞式I/O就有了它的应用前景。

2. java NIO原理及通信模型

Java NIO是在jdk1.4开始使用的，它既可以说成“新I/O”，也可以说成非阻塞式I/O。下面是java NIO的工作原理：

1. 由一个专门的线程来处理所有的 IO 事件，并负责分发。
2. 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。
3. 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。

阅读过一些资料之后，下面贴出我理解的java NIO的工作原理图：

（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，这种通信模型是怎么实现的呢？呵呵，我们一起来探究它的奥秘吧。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。下面是我理解的java
NIO的通信模型示意图：

二．java NIO服务端和客户端代码实现

为了更好地理解java NIO,下面贴出服务端和客户端的简单代码实现。

服务端：

Java代码  

1. package cn.nio;  

2.   

3. import java.io.IOException;  

4. import java.net.InetSocketAddress;  

5. import java.nio.ByteBuffer;  

6. import java.nio.channels.SelectionKey;  

7. import java.nio.channels.Selector;  

8. import java.nio.channels.ServerSocketChannel;  

9. import java.nio.channels.SocketChannel;  

10. import java.util.Iterator;  

11.   

12. /** 

13.  * NIO服务端 

14.  * @author 小路 

15.  */  

16. public class NIOServer {  

17.     //通道管理器  

18.     private Selector selector;  

19.   

20.     /** 

21.      * 获得一个ServerSocket通道，并对该通道做一些初始化的工作 

22.      * @param port  绑定的端口号 

23.      * @throws IOException 

24.      */  

25.     public void initServer(int port) throws IOException {  

26.         // 获得一个ServerSocket通道  

27.         ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();  

28.         // 设置通道为非阻塞  

29.         serverChannel.configureBlocking(false);  

30.         // 将该通道对应的ServerSocket绑定到port端口  

31.         serverChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(port));  

32.         // 获得一个通道管理器  

33.         this.selector = Selector.open();  

34.         //将通道管理器和该通道绑定，并为该通道注册SelectionKey.OP_ACCEPT事件,注册该事件后，  

35.         //当该事件到达时，selector.select()会返回，如果该事件没到达selector.select()会一直阻塞。  

36.         serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);  

37.     }  

38.   

39.     /** 

40.      * 采用轮询的方式监听selector上是否有需要处理的事件，如果有，则进行处理 

41.      * @throws IOException 

42.      */  

43.     @SuppressWarnings("unchecked")  

44.     public void listen() throws IOException {  

45.         System.out.println("服务端启动成功！");  

46.         // 轮询访问selector  

47.         while (true) {  

48.             //当注册的事件到达时，方法返回；否则,该方法会一直阻塞  

49.             selector.select();  

50.             // 获得selector中选中的项的迭代器，选中的项为注册的事件  

51.             Iterator ite = this.selector.selectedKeys().iterator();  

52.             while (ite.hasNext()) {  

53.                 SelectionKey key = (SelectionKey) ite.next();  

54.                 // 删除已选的key,以防重复处理  

55.                 ite.remove();  

56.                 // 客户端请求连接事件  

57.                 if (key.isAcceptable()) {  

58.                     ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key  

59.                             .channel();  

60.                     // 获得和客户端连接的通道  

61.                     SocketChannel channel = server.accept();  

62.                     // 设置成非阻塞  

63.                     channel.configureBlocking(false);  

64.   

65.                     //在这里可以给客户端发送信息哦  

66.                     channel.write(ByteBuffer.wrap(new String("向客户端发送了一条信息").getBytes()));  

67.                     //在和客户端连接成功之后，为了可以接收到客户端的信息，需要给通道设置读的权限。  

68.                     channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ);  

69.                       

70.                     // 获得了可读的事件  

71.                 } else if (key.isReadable()) {  

72.                         read(key);  

73.                 }  

74.   

75.             }  

76.   

77.         }  

78.     }  

79.     /** 

80.      * 处理读取客户端发来的信息 的事件 

81.      * @param key 

82.      * @throws IOException  

83.      */  

84.     public void read(SelectionKey key) throws IOException{  

85.         // 服务器可读取消息:得到事件发生的Socket通道  

86.         SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();  

87.         // 创建读取的缓冲区  

88.         ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);  

89.         channel.read(buffer);  

90.         byte[] data = buffer.array();  

91.         String msg = new String(data).trim();  

92.         System.out.println("服务端收到信息："+msg);  

93.         ByteBuffer outBuffer = ByteBuffer.wrap(msg.getBytes());  

94.         channel.write(outBuffer);// 将消息回送给客户端  

95.     }  

96.       

97.     /** 

98.      * 启动服务端测试 

99.      * @throws IOException  

100.      */  

101.     public static void main(String[] args) throws IOException {  

102.         NIOServer server = new NIOServer();  

103.         server.initServer(8000);  

104.         server.listen();  

105.     }  

106.   

107. }  

客户端：

Java代码  

1. package cn.nio;  

2.   

3. import java.io.IOException;  

4. import java.net.InetSocketAddress;  

5. import java.nio.ByteBuffer;  

6. import java.nio.channels.SelectionKey;  

7. import java.nio.channels.Selector;  

8. import java.nio.channels.SocketChannel;  

9. import java.util.Iterator;  

10.   

11. /** 

12.  * NIO客户端 

13.  * @author 小路 

14.  */  

15. public class NIOClient {  

16.     //通道管理器  

17.     private Selector selector;  

18.   

19.     /** 

20.      * 获得一个Socket通道，并对该通道做一些初始化的工作 

21.      * @param ip 连接的服务器的ip 

22.      * @param port  连接的服务器的端口号          

23.      * @throws IOException 

24.      */  

25.     public void initClient(String ip,int port) throws IOException {  

26.         // 获得一个Socket通道  

27.         SocketChannel channel = SocketChannel.open();  

28.         // 设置通道为非阻塞  

29.         channel.configureBlocking(false);  

30.         // 获得一个通道管理器  

31.         this.selector = Selector.open();  

32.           

33.         // 客户端连接服务器,其实方法执行并没有实现连接，需要在listen（）方法中调  

34.         //用channel.finishConnect();才能完成连接  

35.         channel.connect(new InetSocketAddress(ip,port));  

36.         //将通道管理器和该通道绑定，并为该通道注册SelectionKey.OP_CONNECT事件。  

37.         channel.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT);  

38.     }  

39.   

40.     /** 

41.      * 采用轮询的方式监听selector上是否有需要处理的事件，如果有，则进行处理 

42.      * @throws IOException 

43.      */  

44.     @SuppressWarnings("unchecked")  

45.     public void listen() throws IOException {  

46.         // 轮询访问selector  

47.         while (true) {  

48.             selector.select();  

49.             // 获得selector中选中的项的迭代器  

50.             Iterator ite = this.selector.selectedKeys().iterator();  

51.             while (ite.hasNext()) {  

52.                 SelectionKey key = (SelectionKey) ite.next();  

53.                 // 删除已选的key,以防重复处理  

54.                 ite.remove();  

55.                 // 连接事件发生  

56.                 if (key.isConnectable()) {  

57.                     SocketChannel channel = (SocketChannel) key  

58.                             .channel();  

59.                     // 如果正在连接，则完成连接  

60.                     if(channel.isConnectionPending()){  

61.                         channel.finishConnect();  

62.                           

63.                     }  

64.                     // 设置成非阻塞  

65.                     channel.configureBlocking(false);  

66.   

67.                     //在这里可以给服务端发送信息哦  

68.                     channel.write(ByteBuffer.wrap(new String("向服务端发送了一条信息").getBytes()));  

69.                     //在和服务端连接成功之后，为了可以接收到服务端的信息，需要给通道设置读的权限。  

70.                     channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ);  

71.                       

72.                     // 获得了可读的事件  

73.                 } else if (key.isReadable()) {  

74.                         read(key);  

75.                 }  

76.   

77.             }  

78.   

79.         }  

80.     }  

81.     /** 

82.      * 处理读取服务端发来的信息 的事件 

83.      * @param key 

84.      * @throws IOException  

85.      */  

86.     public void read(SelectionKey key) throws IOException{  

87.         //和服务端的read方法一样  

88.     }  

89.       

90.       

91.     /** 

92.      * 启动客户端测试 

93.      * @throws IOException  

94.      */  

95.     public static void main(String[] args) throws IOException {  

96.         NIOClient client = new NIOClient();  

97.         client.initClient("localhost",8000);  

98.         client.listen();  

99.     }  

100.   

101. }  

小结：

终于把动态代理和java NIO分析完了，呵呵，下面就要分析hadoop的RPC机制源码了，博客地址：http://weixiaolu.iteye.com/blog/1504898 。不过如果对java NIO的理解存在异议的，欢迎一起讨论。

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