Java NIO
目录
1 NIO概述
1.1 Channel和Buffer
1.2 Selector
2 NIO核心API
2.1 Channel 通道
2.2 Buffer 缓冲区(基本用法,capacity,position,limit,构造方法,读写数据,rewind(),clear(),compact(),mark(),reset(),Buffer对象比较)
2.3 Buffer的 Scatter/Gather
2.4 Channel间的数据传输(transferFrom() transferTo())
2.5 Selector(创建,注册Channel,SelectionKey,Selector选择Channel,WakeUp(),close())
3 IO与NIO区别
3.1 面向流VS面向缓冲区
3.2 阻塞VS非阻塞
3.3 底层实现的区别
NIO概述
NIO即New IO/Non-Blocking IO，JDK1.4中引入。NIO和IO有相同的作用和目的，但实现方式不同，NIO主要用到的是块，所以NIO的效率要比IO高很多
Java API中提供了两套NIO，一套是针对标准输入输出NIO，另一套就是网络编程NIO
Java NIO 由以下几个核心部分组成
- Channels
- Buffers
- Selectors
虽然Java NIO 中除此之外还有很多类和组件，但Channel，Buffer 和 Selector 构成了核心的API。其它组件，如Pipe和FileLock，只不过是与三个核心组件共同使用的工具类
Channel和Buffer
基本上，所有的 IO 在NIO 中都从一个Channel 开始。Channel 有点像流。 数据可以从Channel读到Buffer中，也可以从Buffer 写到Channel中
Channel和Buffer有好几种类型。下面是JAVA NIO中的一些主要Channel的实现,这些Channel涵盖了UDP 和 TCP 网络IO，以及文件IO
- FileChannel
- DatagramChannel
- SocketChannel
- ServerSocketChannel
与这些类一起的有一些有趣的接口，但为简单起见，我尽量在概述中不提到它们
以下是Java NIO里关键的Buffer实现，这些Buffer覆盖了你能通过IO发送的基本数据类型：byte, short, int, long, float, double 和 char
- ByteBuffer
- CharBuffer
- DoubleBuffer
- FloatBuffer
- IntBuffer
- LongBuffer
- ShortBuffer
Java NIO 还有个 MappedByteBuffer，用于表示内存映射文件
Selector
Selector允许单线程处理多个 Channel。如果你的应用打开了多个连接（通道），但每个连接的流量都很低，使用Selector就会很方便。例如，在一个聊天服务器中
这是在一个单线程中使用一个Selector处理3个Channel的图示
要使用Selector，得向Selector注册Channel，然后调用它的select()方法。这个方法会一直阻塞到某个注册的通道有事件就绪。一旦这个方法返回，线程就可以处理这些事件，事件的例子有如新连接进来，数据接收等
| 事件名 | 对应值 |
| 服务端接收客户端连接事件 | SelectionKey.OP_ACCEPT(16) |
| 客户端连接服务端事件 | SelectionKey.OP_CONNECT(8) |
| 读事件 | SelectionKey.OP_READ(1) |
| 写事件 | SelectionKey.OP_WRITE(4) |
NIO核心API
Channel 通道
Java NIO的通道类似流，但又有些不同
- 通道是双向的,既可以从通道中读取数据，又可以写数据到通道。但流的读写通常是单向的
- 通道可以异步地读写
- 通道中的数据总是要先读到一个Buffer，或者总是要从一个Buffer中写入
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
Buffer 缓冲区
Buffer用于和Channel进行交互。如你所知，数据是从Channel读入Buffer，从Buffer写入到Channel中的
Buffer本质上是一块可以写入数据，然后可以从中读取数据的内存。这块内存被包装成NIO Buffer对象，并提供了一组方法，用来方便的访问该块内存
基本用法
使用Buffer读写数据一般遵循以下四个步骤
- 写入数据到Buffer
- 调用
flip()方法 - 从Buffer中读取数据
- 调用
clear()方法或者compact()方法
当向buffer写入数据时，buffer会记录下写了多少数据。一旦要读取数据，需要通过flip()方法将Buffer从写模式切换到读模式。在读模式下，可以读取之前写入到buffer的所有数据
一旦读完了所有的数据，就需要清空缓冲区，让它可以再次被写入。有两种方式能清空缓冲区：调用clear()或compact()方法。clear()方法会清空整个缓冲区。compact()方法只会清除已经读过的数据,任何未读的数据都被移到缓冲区的起始处，新写入的数据将放到缓冲区未读数据的后面
Buffer的capacity,position和limit
缓冲区本质上是一块可以写入数据，然后可以从中读取数据的内存。这块内存被包装成NIO Buffer对象，并提供了一组方法，用来方便的访问该块内存
为了理解Buffer的工作原理，需要熟悉它的三个属性
- capacity
- position
- limit
position和limit的含义取决于Buffer处在读模式还是写模式。不管Buffer处在什么模式，capacity的含义总是一样的
关于capacity，position和limit在读写模式中的说明
capacity
作为一个内存块，Buffer有一个固定的大小值，也叫“capacity”。你只能往里写capacity个byte、long，char等类型。一旦Buffer满了，需要将其清空（通过读数据或者清除数据）才能继续往里写数据
position
当你写数据到Buffer中时，position表示当前的位置。初始的position值为0。当一个byte、long等数据写到Buffer后， position会向后移动到下一个可插入数据的Buffer单元。position最大可为capacity-1
当读数据时，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向后移动到下一个可读的位置
limit
在写模式下，Buffer的limit表示最多能往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（limit被设置成已写数据的数量，这个值在写模式下就是position）
Buffer构造方法
要想获得一个Buffer对象首先要进行分配。 每一个Buffer类都有一个allocate方法。下面是一个分配48字节capacity的ByteBuffer的例子。
1 |
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48); |
这是分配一个可存储1024字符的CharBuffer：
1 |
CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(1024); |
向Buffer中写数据
写数据到Buffer有两种方式：
- 从Channel写到Buffer
- 通过Buffer的put()方法写到Buffer里
从Channel写到Buffer的例子
1 |
int bytesRead = inChannel.read(buf); //read into buffer. |
通过put方法写Buffer的例子
1 |
buf.put(127); |
put方法有很多版本，允许你以不同的方式把数据写入到Buffer中。例如， 写到一个指定的位置，或者把一个字节数组写入到Buffer。 更多Buffer实现的细节参考JavaDoc
flip()方法
flip方法将Buffer从写模式切换到读模式。调用flip()方法会将position设回0，并将limit设置成之前position的值(写模式下,当前buffer已经存在数据的长度)
换句话说，position现在用于标记读的位置，limit表示之前写进了多少个byte、char等 —— 现在能读取多少个byte、char等
从Buffer中读取数据
从Buffer中读取数据有两种方式：
- 从Buffer读取数据到Channel
- 使用get()方法从Buffer中读取数据
从Buffer读取数据到Channel的例子
1 |
//read from buffer into channel. |
2 |
int bytesWritten = inChannel.write(buf); |
使用get()方法从Buffer中读取数据的例子
1 |
byte aByte = buf.get(); |
get方法有很多版本，允许你以不同的方式从Buffer中读取数据。例如，从指定position读取，或者从Buffer中读取数据到字节数组
rewind()方法
Buffer.rewind()将position设回0，所以可以重读Buffer中的所有数据。limit保持不变，仍然表示能从Buffer中读取多少个元素（byte、char等）
clear()与compact()方法
一旦读完Buffer中的数据，需要让Buffer准备好再次被写入。可以通过clear()或compact()方法来完成
如果调用的是clear()方法，position将被设回0，limit被设置成 capacity的值。换句话说，Buffer 被清空了。Buffer中的数据并未清除，只是这些标记告诉我们可以从哪里开始往Buffer里写数据
如果Buffer中有一些未读的数据，调用clear()方法，数据将“被遗忘”，意味着不再有任何标记会告诉你哪些数据被读过，哪些还没有
如果Buffer中仍有未读的数据，且后续还需要这些数据，但是此时想要先写些数据，那么使用compact()方法
compact()方法将所有未读的数据拷贝到Buffer起始处。然后将position设到最后一个未读元素后面。limit属性依然像clear()方法一样，设置成capacity。现在Buffer准备好写数据了，但是不会覆盖未读的数据
mark()与reset()方法
通过调用Buffer.mark()方法，可以标记Buffer中的一个特定position。之后可以通过调用Buffer.reset()方法恢复到这个position。例如：
1 |
buffer.mark(); |
2 |
//call buffer.get() a couple of times, e.g. during parsing. |
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buffer.reset(); //set position back to mark. |
equals()与compareTo()方法
可以使用equals()和compareTo()方法比较两个Buffer
equals()
当满足下列条件时，表示两个Buffer相等
- 有相同的类型（byte、char、int等）。
- Buffer中剩余的byte、char等的个数相等
- Buffer中所有剩余的byte、char等值都相同
equals只是比较Buffer的一部分，不是每一个在它里面的元素都比较。实际上，它只比较Buffer中的剩余元素
compareTo()
compareTo()方法比较两个Buffer的剩余元素(byte、char等)， 如果满足下列条件，则认为一个Buffer“小于”另一个Buffer：
- 第一个不相等的元素小于另一个Buffer中对应的元素
- 所有元素都相等，但第一个Buffer比另一个先耗尽(第一个Buffer的元素个数比另一个少)
剩余元素是从 position到limit之间的元素
Buffer的 Scatter/Gather
Java NIO支持scatter/gather，scatter/gather用于描述从Channel中读取或者写入到Channel的操作
分散（scatter）从Channel中读取是指在读操作时将读取的数据写入到多个buffer中
聚集（gather）写入Channel是指在写操作时将多个buffer的数据写入同一个Channel
scatter / gather经常用于需要将传输的数据分开处理的场合，例如传输一个由消息头和消息体组成的消息，你可能会将消息体和消息头分散到不同的buffer中，这样你可以方便的处理消息头和消息体
Scattering Reads
Scattering Reads是指数据从一个channel读取到多个buffer中。如下图描述
1 |
ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(128); |
2 |
ByteBuffer body = ByteBuffer.allocate(1024); |
3 |
ByteBuffer[] bufferArray = { header, body }; |
4 |
channel.read(bufferArray); |
注意buffer首先被插入到数组，然后再将数组作为channel.read() 的参数。read()方法按照buffer在数组中的顺序将从channel中读取的数据写入到buffer，当一个buffer被写满后，channel紧接着向另一个buffer中写
Scattering Reads在移动到下一个buffer前，必须填满当前的buffer，这也意味着它不适用于动态消息(消息大小不固定)。换句话说，如果存在消息头和消息体，消息头必须完成填充（例如 128byte），Scattering Reads才能正常工作
Gathering Writes
Gathering Writes是指数据从多个buffer写入到同一个channel。如下图描述
1 |
ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(128); |
2 |
ByteBuffer body = ByteBuffer.allocate(1024); |
3 |
//write data into buffers |
4 |
ByteBuffer[] bufferArray = { header, body }; |
5 |
channel.write(bufferArray); |
数组是write()方法的入参，write()方法会按照buffer在数组中的顺序，将数据写入到channel，注意只有position和limit之间的数据才会被写入。因此，如果一个buffer的容量为128byte，但是仅仅包含58byte的数据，那么这58byte的数据将被写入到channel中。因此与Scattering Reads相反，Gathering Writes能较好的处理动态消息
Channel间的数据传输
Java NIO中，如果两个通道中有一个是FileChannel，那你可以直接将数据从一个channel传输到另外一个channel
transferFrom() 其它Channel到FileChannel
FileChannel的transferFrom()方法可以将数据从源通道传输到FileChannel中
01 |
RandomAccessFile fromFile = new RandomAccessFile("fromFile.txt", "rw"); |
02 |
FileChannel fromChannel = fromFile.getChannel(); |
03 |
RandomAccessFile toFile = new RandomAccessFile("toFile.txt", "rw"); |
04 |
FileChannel toChannel = toFile.getChannel(); |
05 |
long position = 0; |
06 |
long count = fromChannel.size(); |
07 |
toChannel.transferFrom(position, count, fromChannel); |
position表示从position处开始向目标文件写入数据，count表示最多传输的字节数。如果源通道的剩余空间小于 count 个字节，则实际传输的字节数要小于请求的字节数
此外要注意，在SoketChannel的实现中，SocketChannel只会传输此刻准备好的数据（可能不足count字节）。因此，SocketChannel可能不会将请求的所有数据(count个字节)全部传输到FileChannel中
transferTo() FileChannel到其他Channel
transferTo()方法将数据从FileChannel传输到其他的channel中
01 |
RandomAccessFile fromFile = new RandomAccessFile("fromFile.txt", "rw"); |
02 |
FileChannel fromChannel = fromFile.getChannel(); |
03 |
RandomAccessFile toFile = new RandomAccessFile("toFile.txt", "rw"); |
04 |
FileChannel toChannel = toFile.getChannel(); |
05 |
long position = 0; |
06 |
long count = fromChannel.size(); |
07 |
fromChannel.transferTo(position, count, toChannel); |
transferTo()和transferFrom()特别相似,除了调用方法的FileChannel对象不一样外，其他的都一样
上面所说的关于SocketChannel的问题在transferTo()方法中同样存在。SocketChannel会一直传输数据直到目标buffer被填满
Selector
Java NIO中能够检测一到多个NIO通道，并能够知晓通道是否为诸如读写事件做好准备的组件。这样，一个单独的线程可以管理多个channel，从而管理多个网络连接
为什么使用Selector
仅用单个线程来处理多个Channel的好处是，只需要更少的线程来处理通道。事实上，可以只用一个线程处理所有的通道。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（如内存）。因此，使用的线程越少越好
单线程使用一个Selector处理3个channel
Selector的创建
通过调用Selector.open()方法创建一个Selector
1 |
Selector selector = Selector.open(); |
向Selector注册通道
为了将Channel和Selector配合使用，必须将channel注册到selector上。通过Channel.register()方法来实现
1 |
channel.configureBlocking(false); |
2 |
SelectionKey key = channel.register(selector,Selectionkey.OP_READ); |
与Selector一起使用时，Channel必须处于非阻塞模式下。这意味着不能将FileChannel与Selector一起使用，因为FileChannel不能切换到非阻塞模式。而套接字通道都可以
注意register()方法的第二个参数。这是一个“interest集合”，意思是在通过Selector监听Channel时对什么事件感兴趣。可以监听四种不同类型的事件
- Connect
- Accept
- Read
- Write
通道触发了一个事件意思是该事件已经就绪。所以，某个channel成功连接到另一个服务器称为“连接就绪”。一个server socket channel准备好接收新进入的连接称为“接收就绪”。一个有数据可读的通道可以说是“读就绪”。等待写数据的通道可以说是“写就绪”
这四种事件用SelectionKey的四个常量来表示
- SelectionKey.OP_CONNECT
- SelectionKey.OP_ACCEPT
- SelectionKey.OP_READ
- SelectionKey.OP_WRITE
如果你对不止一种事件感兴趣，那么可以用“位或”操作符将常量连接起来，如下：
1 |
int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE; |
SelectionKey
当向Selector注册Channel时，register()方法会返回一个SelectionKey对象。这个对象包含了一些你感兴趣的属性
- interest集合
- ready集合
- Channel
- Selector
- 附加的对象（可选）
interest集合
interest集合是你所选择的感兴趣的事件集合。可以通过SelectionKey读写interest集合，像这样
1 |
int interestSet = selectionKey.interestOps(); |
2 |
boolean isInterestedInAccept = (interestSet & SelectionKey.OP_ACCEPT) == SelectionKey.OP_ACCEPT； |
3 |
boolean isInterestedInConnect = interestSet & SelectionKey.OP_CONNECT; |
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boolean isInterestedInRead = interestSet & SelectionKey.OP_READ; |
5 |
boolean isInterestedInWrite = interestSet & SelectionKey.OP_WRITE; |
用“位与”操作interest 集合和给定的SelectionKey常量，可以确定某个确定的事件是否在interest 集合中
ready集合
ready 集合是通道已经准备就绪的操作的集合。在一次选择(Selection)之后，你会首先访问这个ready set。可以这样访问ready集合
1 |
int readySet = selectionKey.readyOps(); |
可以用像检测interest集合那样的方法，来检测channel中什么事件或操作已经就绪。但是，也可以使用以下四个方法，它们都会返回一个布尔类型
1 |
selectionKey.isAcceptable(); |
2 |
selectionKey.isConnectable(); |
3 |
selectionKey.isReadable(); |
4 |
selectionKey.isWritable(); |
Channel + Selector
从SelectionKey访问Channel和Selector很简单。如下
1 |
Channel channel = selectionKey.channel(); |
2 |
Selector selector = selectionKey.selector(); |
附加的对象
可以将一个对象或者更多信息附着到SelectionKey上，这样就能方便的识别某个给定的通道。例如，可以附加与通道一起使用的Buffer，或是包含聚集数据的某个对象。使用方法如下
1 |
selectionKey.attach(theObject); |
2 |
Object attachedObj = selectionKey.attachment(); |
还可以在用register()方法向Selector注册Channel的时候附加对象。如：
1 |
SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, theObject); |
通过Selector选择通道
一旦向Selector注册了一或多个通道，就可以调用几个重载的select()方法。这些方法返回你所感兴趣的事件（如连接、接受、读或写）已经准备就绪的那些通道。换句话说，如果你对“读就绪”的通道感兴趣，select()方法会返回读事件已经就绪的那些通道
下面是select()方法
- int select()
- int select(long timeout)
- int selectNow()
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()不会阻塞，不管什么通道就绪都立刻返回（此方法执行非阻塞的选择操作。如果自从前一次选择操作后，没有通道变成可选择的，则此方法直接返回零）
select()方法返回的int值表示有多少通道已经就绪。亦即，自上次调用select()方法后有多少通道变成就绪状态。如果调用select()方法，因为有一个通道变成就绪状态，返回了1，若再次调用select()方法，如果另一个通道就绪了，它会再次返回1。如果对第一个就绪的channel没有做任何操作，现在就有两个就绪的通道，但在每次select()方法调用之间，只有一个通道就绪了
selectedKeys()
一旦调用了select()方法，并且返回值表明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，访问“已选择键集（selected key set）”中的就绪通道。如下所示
1 |
Set selectedKeys = selector.selectedKeys(); |
当向Selector注册Channel时，Channel.register()方法会返回一个SelectionKey 对象。这个对象代表了注册到该Selector的通道。可以通过SelectionKey的selectedKeySet()方法访问这些对象
可以遍历这个已选择的键集合来访问就绪的通道。如下
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Set selectedKeys = selector.selectedKeys(); |
02 |
Iterator keyIterator = selectedKeys.iterator(); |
03 |
while(keyIterator.hasNext()) { |
04 |
SelectionKey key = keyIterator.next(); |
05 |
if(key.isAcceptable()) { |
06 |
// a connection was accepted by a ServerSocketChannel. |
07 |
} else if (key.isConnectable()) { |
08 |
// a connection was established with a remote server. |
09 |
} else if (key.isReadable()) { |
10 |
// a channel is ready for reading |
11 |
} else if (key.isWritable()) { |
12 |
// a channel is ready for writing |
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} |
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keyIterator.remove(); |
15 |
} |
这个循环遍历已选择键集中的每个键，并检测各个键所对应的通道的就绪事件
注意每次迭代末尾的keyIterator.remove()调用。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
SelectionKey.channel()方法返回的通道需要转型成你要处理的类型，如ServerSocketChannel或SocketChannel等
wakeUp()
某个线程调用select()方法后阻塞了，即使没有通道已经就绪，也有办法让其从select()方法返回。只要让其它线程在第一个线程调用select()方法的那个对象上调用Selector.wakeup()方法即可。阻塞在select()方法上的线程会立马返回
如果有其它线程调用了wakeup()方法，但当前没有线程阻塞在select()方法上，下个调用select()方法的线程会立即醒来（wake up）
close()
用完Selector后调用其close()方法会关闭该Selector，且使注册到该Selector上的所有SelectionKey实例无效。通道本身并不会关闭
完整的示例
打开一个Selector，注册一个通道到这个Selector上(通道的初始化过程略去),然后持续监控这个Selector的四种事件（接受，连接，读，写）是否就绪
01 |
Selector selector = Selector.open(); |
02 |
channel.configureBlocking(false); |
03 |
SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ); |
04 |
while(true) { |
05 |
int readyChannels = selector.select(); |
06 |
if(readyChannels == 0) continue; |
07 |
Set selectedKeys = selector.selectedKeys(); |
08 |
Iterator keyIterator = selectedKeys.iterator(); |
09 |
while(keyIterator.hasNext()) { |
10 |
SelectionKey key = keyIterator.next(); |
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if(key.isAcceptable()) { |
12 |
// a connection was accepted by a ServerSocketChannel. |
13 |
} else if (key.isConnectable()) { |
14 |
// a connection was established with a remote server. |
15 |
} else if (key.isReadable()) { |
16 |
// a channel is ready for reading |
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} else if (key.isWritable()) { |
18 |
// a channel is ready for writing |
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} |
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keyIterator.remove(); |
21 |
} |
IO与NIO的区别
| IO | NIO |
| 面向流 | 面向缓冲(块) |
| 阻塞IO | 非阻塞IO |
| 无 | 选择器 |
面向流VS面向缓冲
IO面向流，NIO面向缓冲区
面向流意味着每次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
NIO的缓冲导向方法略有不同。数据读取到一个它稍后处理的缓冲区，需要时可在缓冲区中前后移动。这就增加了处理过程中的灵活性。但是，还需要检查是否该缓冲区中包含所有需要处理的数据。而且，需确保当更多的数据读入缓冲区时，不要覆盖缓冲区里尚未处理的数据
阻塞VS非阻塞
IO的各种流是阻塞的，当一个线程调用read() 或 write()时，该线程被阻塞，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
NIO的非阻塞模式，使一个线程从某通道发送请求读取数据，但是它仅能得到目前可用的数据，如果目前没有数据可用时，就什么都不会获取，而不是保持线程阻塞，所以直至数据变的可以读取之前，该线程可以继续做其他的事情。 非阻塞写也是如此。一个线程请求写入一些数据到某通道，但不需要等待它完全写入，这个线程同时可以去做别的事情。 线程通常将非阻塞IO的空闲时间用于在其它通道上执行IO操作，所以一个单独的线程现在可以管理多个输入和输出通道（channel）
阻塞IO通讯模型
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缺点：
1. 当客户端非常多时，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
非阻塞IO通讯模型
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
NIO的通讯模型如何实现
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
| 事件名 | 对应值 |
| 服务端接收客户端连接事件 | SelectionKey.OP_ACCEPT(16) |
| 客户端连接服务端事件 | SelectionKey.OP_CONNECT(8) |
| 读事件 | SelectionKey.OP_READ(1) |
| 写事件 | SelectionKey.OP_WRITE(4) |
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。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
NIO的选择器允许一个线程来监视多个输入通道，你可以注册多个通道使用一个选择器，然后使用一个单独的线程来“选择”通道：这些通道里已经有可以处理的输入，或者选择已准备写入的通道。这种选择机制，使得一个单独的线程很容易来管理多个通道
IO[逐字节]和NIO底层原理的区别
IO设计中，我们从InputStream或 Reader逐字节读取数据。假设正在处理基于行的文本数据流，例如
Name: Anna Age: 25 Email: anna@mailserver.com Phone: 1234567890
该文本行的流可以这样处理
InputStream input = ... ; // get the InputStream from the client socket BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(input)); String nameLine = reader.readLine(); String ageLine = reader.readLine(); String emailLine = reader.readLine(); String phoneLine = reader.readLine();
处理状态由程序执行多久决定。换句话说，一旦reader.readLine()方法返回，你就知道肯定文本行已读完， readLine()阻塞直到整行读完。一旦正在运行的线程已处理过读入的某些数据，该线程不会再回退数据
NIO的实现会有所不同，下面是一个简单的例子
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48); int bytesRead = inChannel.read(buffer);
注意第二行，从通道读取字节到ByteBuffer。当这个方法调用返回时，你不知道你所需的所有数据是否在缓冲区内。你所知道的是，该缓冲区包含一些字节，这使得处理有点困难。假设第一次 read(buffer)调用后，读入缓冲区的数据只有半行，例如，“Name:An”，你能处理数据吗？显然不能，需要等待，直到整行数据读入缓存，在此之前，对数据的任何处理毫无意义。所以，你怎么知道是否该缓冲区包含足够的数据可以处理呢？好了，你不知道。发现的方法只能查看缓冲区中的数据。其结果是，在你知道所有数据都在缓冲区里之前，你必须检查几次缓冲区的数据。这不仅效率低下，而且可以使程序设计方案杂乱不堪。例如
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);
int bytesRead = inChannel.read(buffer);
while(! bufferFull(bytesRead) ) {
bytesRead = inChannel.read(buffer);
}
bufferFull()方法跟踪有多少数据读入缓冲区，并返回true或false，这取决于缓冲区是否已满,如果缓冲区已满，它可以被处理
NIO只使用一个（或几个）单线程管理多个通道（网络连接或文件），但付出的代价是解析数据可能会比从一个阻塞流中读取数据更复杂
如果需要管理同时打开的成千上万个连接，这些连接每次只是发送少量的数据，例如聊天服务器，实现NIO的服务器可能是一个优势。同样，如果你需要维持多个打开的连接到其他计算机上，如P2P网络中，使用一个单独的线程来管理你所有出站连接，可能是一个优势
一个线程多个连接的设计方案如下图所示
如果有少量的连接使用非常高的带宽，一次发送大量的数据，也许典型的IO服务器实现可能非常契合。下图说明了一个典型的IO服务器设计
FileChannel
Java NIO中的FileChannel是一个连接到文件的通道。可以通过文件通道读写文件。FileChannel无法设置为非阻塞模式，它总是运行在阻塞模式下
在使用FileChannel之前，必须先打开它。但是，我们无法直接打开一个FileChannel，需要通过使用一个InputStream、OutputStream或RandomAccessFile来获取一个FileChannel实例
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RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("data/nio-data.txt", "rw"); |
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FileChannel inChannel = aFile.getChannel(); |
size()方法将返回该实例所关联文件的大小
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long fileSize = channel.size(); |
truncate()方法截取一个文件。截取文件时，文件中指定长度后面的部分将被删除
1 |
channel.truncate(1024); |
这个例子截取文件的前1024个字节
在FileChannel的某个特定位置进行数据的读/写操作。可以通过调用position()方法获取FileChannel的当前位置
也可以通过调用position(long pos)方法设置FileChannel的当前位置
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long pos = channel.position(); |
2 |
channel.position(pos +123); |
如果将位置设置在文件结束符之后，然后试图从文件通道中读取数据，读方法将返回-1 —— 文件结束标志
如果将位置设置在文件结束符之后，然后向通道中写数据，文件将撑大到当前位置并写入数据。这可能导致“文件空洞”，磁盘上物理文件中写入的数据间有空隙
SocketChannel
SocketChannel是一个连接到TCP网络套接字的通道。可以通过以下2种方式创建SocketChannel：
- 打开一个SocketChannel并连接到互联网上的某台服务器
- 一个新连接到达ServerSocketChannel时，会创建一个SocketChannel
参考:
https://www.cnblogs.com/xiaoxi/p/6576588.html
http://www.jb51.net/article/92202.htm
http://ifeve.com/java-nio-all/
浙公网安备 33010602011771号