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Java NIO 高并发开发

前言

Java NIO(New I/O)相比于传统的Java I/O(BIO)在高并发开发方面具有以下优势:

  1. 非阻塞模式:Java NIO使用非阻塞的I/O操作,允许一个线程管理多个通道(Channel),并且在没有数据可读写时不会阻塞线程。这意味着一个线程可以同时处理多个连接,而不需要为每个连接创建一个独立的线程,从而大大减少了线程的数量和上下文切换的开销。

  2. 选择器(Selector):Java NIO提供了Selector机制,通过Selector可以同时监控多个通道的事件(如可读、可写、连接等)。一个Selector可以管理多个通道,通过单个线程监听多个通道上的事件,避免了为每个通道创建独立线程的开销。

  3. 缓冲区(Buffer):Java NIO使用缓冲区进行数据的读写操作,通过将数据从通道读取到缓冲区中,或者将数据从缓冲区写入到通道中,可以提高数据的处理效率。此外,缓冲区还可以进行批量读写操作,减少了系统调用的次数,提高了性能。

  4. 零拷贝(Zero-copy):Java NIO支持零拷贝技术,即数据在内核空间和用户空间之间的传输可以避免数据的拷贝。在传统的Java I/O中,数据需要从内核缓冲区拷贝到用户缓冲区,然后再进行处理,而Java
    NIO可以直接在内核缓冲区和用户缓冲区之间进行操作,减少了数据拷贝的开销。

综上所述,Java
NIO通过非阻塞模式、选择器、缓冲区和零拷贝等特性,使得一个线程可以同时管理多个通道,大大提高了系统的并发性能。相比于传统的Java
I/O,它能更有效地利用系统资源,减少线程数量和上下文切换的开销,适用于高并发的网络应用程序开发。然而,需要注意的是,Java
NIO相对复杂,需要处理多线程同步、数据一致性等问题,因此在使用时需要谨慎处理各种可能的事件和异常情况。
在我发这篇文章之前,我已经发过NIO的基础用法和全套NIO用法,可以看之前我发的文章Java NIO 和Java NIO 开发
在这里插入图片描述

一,Java NIO 高并发示例代码模板

当然,我会为你提供带有注释的Java NIO高并发开发示例代码。以下是一个考虑到并发、线程安全、锁竞争、异常处理、线程池配置和内存管理的示例代码:

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;public class NIOConcurrencyExample {private static final int BUFFER_SIZE = 1024;private static final int THREAD_POOL_SIZE = 10;public static void main(String[] args) throws IOException {// 创建 Selector 对象Selector selector = Selector.open();// 创建 ServerSocketChannel 并绑定端口ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));serverSocketChannel.configureBlocking(false);serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);// 创建线程池ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(THREAD_POOL_SIZE);while (true) {// 等待就绪的通道int readyChannels = selector.select();if (readyChannels == 0) {continue;}// 获取就绪通道的 SelectionKey 集合Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();Iterator<SelectionKey> keyIterator = selectedKeys.iterator();while (keyIterator.hasNext()) {SelectionKey key = keyIterator.next();if (key.isAcceptable()) {// 接受新的客户端连接请求ServerSocketChannel serverChannel = (ServerSocketChannel) key.channel();SocketChannel clientChannel = serverChannel.accept();clientChannel.configureBlocking(false);clientChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);} else if (key.isReadable()) {// 处理读取事件的线程executorService.execute(() -> {try {SocketChannel clientChannel = (SocketChannel) key.channel();ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(BUFFER_SIZE);int bytesRead = clientChannel.read(buffer);// 处理读取到的数据while (bytesRead > 0) {buffer.flip();// TODO: 处理数据逻辑buffer.clear();bytesRead = clientChannel.read(buffer);}if (bytesRead == -1) {clientChannel.close();}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}});}keyIterator.remove();}}}
}

这个示例代码中,我添加了详细的Java注释,以解释代码的功能和关键部分。请注意,注释中的TODO标记表示您需要根据实际需求添加适当的业务逻辑。

此示例代码考虑了以下方面:

  • 并发和线程安全:使用线程池来处理客户端的读取操作,确保多个客户端可以并发处理而不会阻塞主线程。
  • 锁竞争:由于使用了线程池,每个客户端的读取操作在独立的线程中执行,减少了锁竞争的可能性。
  • 异常处理:在读取操作中捕获并处理IOException异常,以避免程序崩溃或出现不可预料的错误。
  • 线程池配置:使用Executors.newFixedThreadPool()方法创建指定大小的线程池,您可以根据需要进行调整。
  • 内存管理:使用ByteBuffer来管理内存,通过allocate()方法分配缓冲区,通过flip()和clear()方法重置缓冲区。

请注意,这只是一个示例代码,实际应用中可能需要根据具体情况进行调整和优化。

http://www.yayakq.cn/news/145855/

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