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前言
本篇博文是《从 0 到 1 学习 Netty》中 NIO 系列的第二篇博文，次要内容是 通过 NIO 来了解阻塞模式与非阻塞模式，往期系列文章请拜访博主的 Netty 专栏，博文中的所有代码全副收集在博主的 GitHub 仓库中；
介绍
阻塞模式
在 Java NIO 中，阻塞模式是一种传统的 I/O 解决形式，当咱们试图从通道进行读取或向通道写入数据时，这种模式会使线程阻塞直到操作实现。具体来说，在阻塞模式下，当没有可用的数据时，读操作将被阻塞，直到有数据可读；同样地，当通道已满时，写操作将被阻塞，直到有空间可用于写入。
在网络编程中，应用阻塞模式能够很不便地实现简略、易于了解的代码逻辑。然而，它也有一些毛病。首先，当存在大量连贯时，因为每个连贯都须要一个线程来解决 I/O，因而阻塞模式可能导致系统资源耗尽。其次，在高负载条件下，I/O 操作可能会变得十分迟缓，因为线程必须期待操作实现。因而，对于高并发应用程序，通常应用非阻塞和异步 I/O 模式来进步性能。
非阻塞模式
在 Java NIO 中，非阻塞模式是一种十分重要的概念。在传统的阻塞模式中，当一个线程调用输出或输入操作时，它会始终期待，直到操作实现为止。这意味着，如果有多个客户端申请连贯或发送数据，服务器将不得不创立多个线程来解决每个申请，从而可能导致系统资源耗尽。
非阻塞 I/O（NIO）解决了这个问题，因为它容许应用程序异步地解决多个通道。在非阻塞模式下，当一个线程向通道发出请求并没有立刻失去响应时，该线程能够持续解决其余工作。只有当数据筹备好读取或写入时，线程才会返回通道。这样就能够应用单个线程解决多个连贯和申请。
接下来联合代码进行深刻了解；
Block Server
-
创立一个
ByteBuffer用来接收数据；ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16); -
创立服务器；
ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open(); -
绑定监听端口；
ssc.bind(new InetSocketAddress(7999)); -
创立连贯汇合；
ArrayList<SocketChannel> channels = new ArrayList<>(); -
accept()建设与客户端连贯，SocketChannel()用来与客户端之间通信；SocketChannel sc = ssc.accept(); -
接管客户端发送的数据；
channel.read(buffer);
残缺代码如下：
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.Socket;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.ArrayList;
import static com.sidiot.netty.c1.ByteBufferUtil.debugRead;
@Slf4j
public class Server {public static void main(String[] args) throws IOException {
// 应用 nio 来了解阻塞模式，单线程
// 1. ByteBuffer
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16);
// 2. 创立服务器
ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
// 3. 绑定监听端口
ssc.bind(new InetSocketAddress(7999));
// 4. 创立连贯汇合
ArrayList<SocketChannel> channels = new ArrayList<>();
while (true) {
// 5. accept 建设与客户端连贯，SocketChannel 用来与客户端之间通信
log.debug("connecting...");
SocketChannel sc = ssc.accept();
log.debug("connected... {}", sc);
channels.add(sc);
for (SocketChannel channel : channels) {
// 6. 接管客户端发送的数据
log.debug("before read... {}", channel);
channel.read(buffer);
buffer.flip();
debugRead(buffer);
buffer.clear();
log.debug("after read... {}", channel);
}
}
}
}Non Block Server
与 Block Server 的代码相相似，然而将 ServerSocketChannel 和 SocketChannel 都设置成了非阻塞模式：
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.ArrayList;
import static com.sidiot.netty.c1.ByteBufferUtil.debugRead;
@Slf4j
public class NonBlockServer {public static void main(String[] args) throws IOException {
// 应用 nio 来了解阻塞模式，单线程
// 1. ByteBuffer
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16);
// 2. 创立服务器
try (ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open()) {
// 设置为非阻塞模式，没有连贯时返回 null，不会阻塞线程
ssc.configureBlocking(false);
// 3. 绑定监听端口
ssc.bind(new InetSocketAddress(7999));
// 4. 创立连贯汇合
ArrayList<SocketChannel> channels = new ArrayList<>();
while (true) {
// 5. accept 建设与客户端连贯，SocketChannel 用来与客户端之间通信
SocketChannel sc = ssc.accept();
if (sc != null) {log.debug("connected... {}", sc);
// 设置为非阻塞模式，若通道中没有数据，会返回 -1，不会阻塞线程
sc.configureBlocking(false);
channels.add(sc);
}
for (SocketChannel channel : channels) {
// 6. 接管客户端发送的数据
int read = channel.read(buffer);
if (read > 0){buffer.flip();
debugRead(buffer);
buffer.clear();
log.debug("after read... {}", channel);
}
}
}
} catch (IOException e) {e.printStackTrace();
}
}
}Client
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.channels.SocketChannel;
public class Client {public static void main(String[] args) throws IOException {SocketChannel sc = SocketChannel.open();
sc.connect(new InetSocketAddress("localhost", 7999));
System.out.println("waiting...");
}
}剖析
阻塞模式
先启动服务端，会发现因为 accept()，即没有客户端，导致阻塞发送，控制台输入如下：
10:25:37 [DEBUG] [main] c.s.n.c2.Server - connecting...接着在客户端的 System.out.println("waiting..."); 处设置断点，启用调试模式，控制台输入如下：
10:26:26 [DEBUG] [main] c.s.n.c2.Server - connected... java.nio.channels.SocketChannel[connected local=/127.0.0.1:7999 remote=/127.0.0.1:54927]
10:26:26 [DEBUG] [main] c.s.n.c2.Server - before read... java.nio.channels.SocketChannel[connected local=/127.0.0.1:7999 remote=/127.0.0.1:54927]线程第二次进入阻塞状态，这是 channel.read() 导致的，因为没有读取到数据，因而，在客户端的 DEBUG 模式下，右键 sc 属性，抉择“对表达式求值”：
写入如下代码，点击“求值”：
控制台输入如下：
当咱们持续“求值”时，发现控制台没有输入，这是因为又被 accept() 阻塞了，再新创建一个客户端就能收到音讯了，控制台输入如下：
10:29:53 [DEBUG] [main] c.s.n.c2.Server - connecting...
10:37:06 [DEBUG] [main] c.s.n.c2.Server - connected... java.nio.channels.SocketChannel[connected local=/127.0.0.1:7999 remote=/127.0.0.1:55084]
10:37:06 [DEBUG] [main] c.s.n.c2.Server - before read... java.nio.channels.SocketChannel[connected local=/127.0.0.1:7999 remote=/127.0.0.1:54927]
+--------+-------------------- read -----------------------+----------------+
position: [0], limit: [3]
+-------------------------------------------------+
| 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 48 69 21 |Hi! |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
10:37:06 [DEBUG] [main] c.s.n.c2.Server - after read... java.nio.channels.SocketChannel[connected local=/127.0.0.1:7999 remote=/127.0.0.1:54927]
10:37:06 [DEBUG] [main] c.s.n.c2.Server - before read... java.nio.channels.SocketChannel[connected local=/127.0.0.1:7999 remote=/127.0.0.1:55084]如果不能启动两个客户端实例的话，须要在配置里进行设置，如下：
非阻塞模式
多启动几个客户端，控制台输入如下：
15:36:52 [DEBUG] [main] c.s.n.c.NonBlockServer - connected... java.nio.channels.SocketChannel[connected local=/127.0.0.1:7999 remote=/127.0.0.1:53122]
15:36:56 [DEBUG] [main] c.s.n.c.NonBlockServer - connected... java.nio.channels.SocketChannel[connected local=/127.0.0.1:7999 remote=/127.0.0.1:53129]
15:37:08 [DEBUG] [main] c.s.n.c.NonBlockServer - connected... java.nio.channels.SocketChannel[connected local=/127.0.0.1:7999 remote=/127.0.0.1:53136]按照之前的步骤，通过客户端向服务端发送音讯，控制台输入如下：
+--------+-------------------- read -----------------------+----------------+
position: [0], limit: [6]
+-------------------------------------------------+
| 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 73 69 64 69 6f 74 |sidiot |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
15:37:35 [DEBUG] [main] c.s.n.c.NonBlockServer - after read... java.nio.channels.SocketChannel[connected local=/127.0.0.1:7999 remote=/127.0.0.1:53136]
+--------+-------------------- read -----------------------+----------------+
position: [0], limit: [12]
+-------------------------------------------------+
| 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 48 65 6c 6c 6f 20 57 6f 72 6c 64 21 |Hello World! |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
15:37:48 [DEBUG] [main] c.s.n.c.NonBlockServer - after read... java.nio.channels.SocketChannel[connected local=/127.0.0.1:7999 remote=/127.0.0.1:53136]上述代码存在一个问题，因为设置为了非阻塞，会始终执行 while(true) 中的代码，\(CPU \) 始终处于繁忙状态，会使得性能变低，所以理论状况中不应用这种办法解决申请；
小结
阻塞模式
-
阻塞模式下，相干办法都会导致线程暂停：
ServerSocketChannel.accept()会在 没有连贯建设时 让线程暂停；SocketChannel.read()会在 通道中没有数据可读时 让线程暂停；- 阻塞的体现就是让线程暂停，暂停期间不会占用 CPU，但线程相当于闲置；
- 单线程下，阻塞办法之间相互影响，简直不能失常工作，须要多线程反对；
-
但多线程下，会有一些新的问题：
- 32 位 jvm 一个线程的大小为 320k，64 位 jvm 一个线程的大小为 1024k，如果连接数过多，必然导致 OOM，并且线程太多，反而会因为频繁上下文切换导致性能升高；
- 能够采纳线程池技术来缩小线程数和线程上下文切换，但治标不治本，如果有很多连贯建设，长时间 inactive 会阻塞线程池中所有线程，因而不适宜长连贯，只适宜短连贯；
非阻塞模式
- 能够通过
ServerSocketChannel的configureBlocking(false)办法将 取得连贯设置为非阻塞的。此时若没有连贯，accept会返回 \(null \)； - 能够通过
SocketChannel的configureBlocking(false)办法将 从通道中读取数据设置为非阻塞的。若此时通道中没有数据可读，read会返回 \(-1 \)；
后记
以上就是 阻塞模式与非阻塞模式 的所有内容了，心愿本篇博文对大家有所帮忙！
参考：
- Netty API reference；
- 黑马程序员 Netty 全套教程；
📝 上篇精讲：「NIO」（一）意识 ByteBuffer
💖 我是 𝓼𝓲𝓭𝓲𝓸𝓽，期待你的关注；
👍 创作不易，请多多反对；
🔥 系列专栏：摸索 Netty：源码解析与利用案例分享
正文完
