nio学习笔记 - alonealice

在学习nio之前，首先要弄清楚什么是nio，以及它与平时使用的io的区别。

NIO（Non-blocking I/O，在Java领域，也称为New I/O），是一种同步非阻塞的I/O模型，也是I/O多路复用的基础。它已经被越来越多地应用到了大型应用服务器中，是一种解决高并发与大量连接、I/O处理问题的有效方式。

我们都知道，IO是面向流的，这面向流意味着每次可以从流中读一个或多个字节，直至读取所有字节，它们没有被缓存在任何地方。此外，它不能前后移动流中的数据。如果需要前后移动从流中读取的数据，需要先将它缓存到一个缓冲区。同时IO也是阻塞的。当一个线程调用read() 或 write()时，该线程是会被阻塞的，直到有一些数据被读取，或数据完全写入。该线程在此期间不能再干任何事情了，但是cpu却是空闲的。

而NIO是面向缓冲区的，读取数据读时会将数据放到一个缓冲区，需要时可在缓冲区中前后移动。同时，它还会检查是否该缓冲区中包含所有您需要处理的数据。当读入更多的数据到缓冲区时，要保证不会覆盖缓冲区里尚未处理的数据。

在nio中有几个重要的概念，通道，缓冲区和选择器。

通道

java中的通道类似流，我们既可以冲通道中读取数据，又可以将数据写到通道，但是流的读取写入都是单向的。同时，通道可以异步读写，读写数据时总是先读到一个缓冲区，或者将数据写入一个缓冲区。

nio中重要的通道有：FileChannel从文件中读写数据、DatagramChannel能通过UDP读写网络中的数据、SocketChannel能通过TCP读写网络中的数据、ServerSocketChannel可以监听新进来的TCP连接，像Web服务器那样。对每一个新进来的连接都会创建一个SocketChannel。

1 2	RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile(filePath, "rw"); FileChannel inChannel = aFile.getChannel();

缓存区

Buffer用于和NIO通道进行交互，本质上是一块可以写入数据和读取数据的内存。这块内存被包装成NIO Buffer对象后，提供了一组方法，用来方便的访问该块内存。

它有3个重要的属性：

capacity：Buffer有一个固定的大小值capacity。当往里面存储数据时满时，需要通过读取和清除等方式将数据清除才能往里面继续存储数据。

position：position表示当前的位置。初始的position值为0.当写入一个数据时， position会向前移动到下一个可插入数据的Buffer单元。position最大可为capacity – 1。当读取数据时，也是从某个特定位置读。当将Buffer从写模式切换到读模式，position会被重置为0. 当从Buffer的position处读取数据时，position向前移动到下一个可读的位置。

limit：在写模式下，Buffer的limit表示你最多能往Buffer里写多少数据。写模式下，limit等于Buffer的capacity。当切换Buffer到读模式时， limit表示你最多能读到多少数据。因此，当切换Buffer到读模式时，limit会被设置成写模式下的position值。换句话说，你能读到之前写入的所有数据。

Buffer的类型

Java NIO 有以下Buffer类型：ByteBuffer、MappedByteBuffer、CharBuffer、DoubleBuffer、FloatBuffer、IntBuffer、LongBuffer、ShortBuffer。

Buffer的使用

buffer读写数据时首先需要分配一块内存大小，每一个Buffer类都有一个allocate方法，大小值就是capacity值。

1	ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

之后需要将数据写入到buffer中：

1	int bytesRead = inChannel.read(buf);

写入之后需要将buffer的模式有写换到读，然后读取数据：

buf.flip();  //将buffer切换到读模式
while(buf.hasRemaining()){
   System.out.print((char) buf.get()); //逐个读取数据
}

选择器

Selector允许单线程处理多个通道。当单线程中需要处理多个连接时，且连接数量较多时，适合这种情况。当用单个线程来处理多个通道时，只需要更少的线程来处理，甚至可以只用一个线程来处理所有的通道。对于操作系统来说，线程之间上下文切换的开销很大，而且每个线程都要占用系统的一些资源。因此，使用的线程越少越好。

注册通道和使用

通道和选择器配合使用，必须要将通道注册到选择器上。

Selector selector = Selector.open();//开启选择器
channel.configureBlocking(false);
SelectionKey key = channel.register(selector,
Selectionkey.OP_READ);

这里有几个点需要注意一下，首先是与选择器一起使用的通道必须是非阻塞模式的，因此FileChannel不能与selector一起使用，因为FileChannel不能切换到非阻塞模式；第二是在注册时需要传入注册监听的事件的类型，可以监听一下事件：connect、Accept、Read和write，使用时既可以使用其中的一种，也可以多种。如：

1	SelectionKey.OP_READ \| SelectionKey.OP_WRITE

注册完通道后，就可以调用elect()方法，返回已经准备好的通道。

select()阻塞到至少有一个通道在你注册的事件上就绪了。

select(long timeout)和select()一样，除了最长会阻塞timeout毫秒(参数)。

selectNow()不阻塞，只要有通道准备好就立刻返回，如果没有就返回0。

select()方法返回准备好的新通道数量，就是说如果是返回上次调用select方法之后的准备好的通道。调用了select()方法之后，如果有一个或更多个通道就绪了，然后可以通过调用selector的selectedKeys()方法，获取已经准备好的通道集合。

1	Set selectedKeys = selector.selectedKeys();

然后可以遍历通道集合，根据通道不同的状态做相应的处理。在处理完之后，需要调用iterator.remove()，因为selector不会自己从已选择键集中移除SelectionKey实例。必须在处理完通道时自己移除。下次该通道变成就绪时，Selector会再次将其放入已选择键集中。

Selector selector = Selector.open();
channel.configureBlocking(false);
SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
while(true) {
  int readyChannels = selector.select();
  if(readyChannels == 0) continue;
  Set selectedKeys = selector.selectedKeys();
  Iterator keyIterator = selectedKeys.iterator();
  while(keyIterator.hasNext()) {
    SelectionKey key = keyIterator.next();
    if(key.isAcceptable()) {
        // a connection was accepted by a ServerSocketChannel.
    } else if (key.isConnectable()) {
        // a connection was established with a remote server.
    } else if (key.isReadable()) {
        // a channel is ready for reading
    } else if (key.isWritable()) {
        // a channel is ready for writing
    }
    keyIterator.remove();
  }
}

通道

缓存区

Buffer的类型

Buffer的使用

选择器

注册通道和使用

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