NIO芥颈，Non-Block IO 放案，從 Java 1.4 版本開始引入的非阻塞 IO ，是一種非阻塞 + 同步的通信模式止状，也是 I/O 多路復用的基礎(chǔ)烹棉，基于緩沖區(qū)（Buffer）的模式。
一怯疤、NIO主要有三大核心
通過下圖簡單展示三大核心之間的關(guān)系：
1.1 Channel簡介
讀寫數(shù)據(jù)的雙向通道浆洗，可以從 channel 將數(shù)據(jù)讀入 buffer，也可以將 buffer 的數(shù)據(jù)寫入 channel集峦。
jdk中定義了一個java.nio.channels.channel接口伏社，主要提供了開啟連接和關(guān)閉連接的方法。
package java.nio.channels;
import java.io.IOException;
import java.io.Closeable;
/**
* A nexus for I/O operations.
*
* <p> A channel represents an open connection to an entity such as a hardware
* device, a file, a network socket, or a program component that is capable of
* performing one or more distinct I/O operations, for example reading or
* writing.
*
* <p> A channel is either open or closed. A channel is open upon creation,
* and once closed it remains closed. Once a channel is closed, any attempt to
* invoke an I/O operation upon it will cause a {@link ClosedChannelException}
* to be thrown. Whether or not a channel is open may be tested by invoking
* its {@link #isOpen isOpen} method.
*
* <p> Channels are, in general, intended to be safe for multithreaded access
* as described in the specifications of the interfaces and classes that extend
* and implement this interface.
*
*
* @author Mark Reinhold
* @author JSR-51 Expert Group
* @since 1.4
*/
public interface Channel extends Closeable {
/**
* Tells whether or not this channel is open.
*
* @return <tt>true</tt> if, and only if, this channel is open
*/
public boolean isOpen();
/**
* Closes this channel.
*
* <p> After a channel is closed, any further attempt to invoke I/O
* operations upon it will cause a {@link ClosedChannelException} to be
* thrown.
*
* <p> If this channel is already closed then invoking this method has no
* effect.
*
* <p> This method may be invoked at any time. If some other thread has
* already invoked it, however, then another invocation will block until
* the first invocation is complete, after which it will return without
* effect. </p>
*
* @throws IOException If an I/O error occurs
*/
public void close() throws IOException;
在jdk中對于channel接口提供了很多實現(xiàn)類塔淤，最主要的是以下四個：
1）SocketChannel ：一個客戶端用來發(fā)起 TCP 的 Channel 摘昌。
2）ServerSocketChannel ：一個服務(wù)端用來監(jiān)聽新進來的連接的 TCP 的 Channel 。對于每一個新進來的連接高蜂，都會創(chuàng)建一個對應(yīng)的 SocketChannel 聪黎。
3）DatagramChannel ：通過 UDP 讀寫數(shù)據(jù)。
4）FileChannel ：從文件中妨马，讀寫數(shù)據(jù)挺举。
1.2 Buffer簡介
buffer 則用來緩沖讀寫數(shù)據(jù)杀赢，jdk提供java.nio.buffer抽象類烘跺，其屬性和構(gòu)造如下代碼所示：
package java.nio;
import java.util.Spliterator;
public abstract class Buffer {
/**
* The characteristics of Spliterators that traverse and split elements
* maintained in Buffers.
*/
static final int SPLITERATOR_CHARACTERISTICS =
Spliterator.SIZED | Spliterator.SUBSIZED | Spliterator.ORDERED;
// Invariants: mark <= position <= limit <= capacity
private int mark = -1;
private int position = 0;
private int limit;
private int capacity;
// Used only by direct buffers
// NOTE: hoisted here for speed in JNI GetDirectBufferAddress
long address;
// Creates a new buffer with the given mark, position, limit, and capacity,
// after checking invariants.
//
Buffer(int mark, int pos, int lim, int cap) { // package-private
if (cap < 0)
throw new IllegalArgumentException("Negative capacity: " + cap);
this.capacity = cap;
limit(lim);
position(pos);
if (mark >= 0) {
if (mark > pos)
throw new IllegalArgumentException("mark > position: ("
+ mark + " > " + pos + ")");
this.mark = mark;
}
}
}
如上代碼所示，Buffer有四個屬性脂崔，他們在Buffer讀和寫的情況下具有不同的含義：
mark：記錄當前讀或?qū)懙奈恢?br>
position：下一個位置
limit：范圍
capacity：Buffer的容量滤淳，創(chuàng)建時候指定，不能修改砌左。
主要模式切換如下所示：
主要方法：
每個buffer的實現(xiàn)類都實現(xiàn)了以下主要方法脖咐，下面以ByteBuffer的源碼舉例：
1）創(chuàng)建 Buffer：
/**
* 創(chuàng)建并指定大小
**/
public static ByteBuffer allocate(int capacity) {
if (capacity < 0)
throw new IllegalArgumentException();
return new HeapByteBuffer(capacity, capacity);
}
/**
* 數(shù)組轉(zhuǎn)成Buffer對象
**/
public static ByteBuffer wrap(byte[] array, int offset, int length)
{
try {
return new HeapByteBuffer(array, offset, length);
} catch (IllegalArgumentException x) {
throw new IndexOutOfBoundsException();
}
}
2）寫入：
// 寫入 byte
public abstract ByteBuffer put(byte b);
public abstract ByteBuffer put(int index, byte b);
// 寫入 byte 數(shù)組
public final ByteBuffer put(byte[] src) { ... }
public ByteBuffer put(byte[] src, int offset, int length) {...}
從channel將數(shù)據(jù)寫入buffer，該方法返回數(shù)據(jù)大谢愦酢：
int num = channel.read(buffer);
3）讀绕ㄉ谩：
// 讀取 byte
public abstract byte get();
public abstract byte get(int index);
// 讀取 byte 數(shù)組
public ByteBuffer get(byte[] dst, int offset, int length) {...}
public ByteBuffer get(byte[] dst) {...}
從buffer中的數(shù)據(jù)寫入到channel中，該方法返回數(shù)據(jù)大胁：
int num = channel.write(buffer);
4）讀寫模式切換
ByteBuffer是繼承buffer的派歌，其讀寫切換要基于Buffer的方法：
切換成讀模式：
public final Buffer flip() {
limit = position;
position = 0;
mark = -1;
return this;
}
切換成寫模式，clear()方法：
這個方法會將buffer的起始位置設(shè)為0痰哨，其實表面是將buffer清空了胶果，實際是不在記錄buffer的讀寫位置，此時寫入數(shù)據(jù)斤斧，原數(shù)據(jù)將會被覆蓋早抠。
public final Buffer clear() {
position = 0;
limit = capacity;
mark = -1;
return this;
}
如果想咋之前的數(shù)據(jù)后面繼續(xù)寫可以使用compact()方法：
public abstract ByteBuffer compact();
它有兩種實現(xiàn)，我們應(yīng)該知道了解撬讽，分別是基于堆內(nèi)存和基于直接內(nèi)存的：
以下兩種buffer需要記兹锪：
/**
* @description： byteBuffer讀寫
* @author：weirx
* @date：2021/5/18 10:22
* @version：3.0
*/
public class ByteBufferReadWrite {
public static void main(String[] args) {
ByteBuffer buffer1 = ByteBuffer.allocate(16);
ByteBuffer buffer2 = ByteBuffer.allocateDirect(16);
//java.nio.HeapByteBuffer[pos=0 lim=16 cap=16]
//java 堆內(nèi)存悬垃，讀寫效率低，受gc影響
System.out.println(buffer1);
//java.nio.DirectByteBuffer[pos=0 lim=16 cap=16]
//直接內(nèi)存 讀寫效率高（少一次拷貝）咪奖，不收gc影響盗忱，分配的效率低，注意關(guān)閉羊赵，否則會造成內(nèi)存泄漏
System.out.println(buffer2);
}
}
執(zhí)行結(jié)果：
java.nio.HeapByteBuffer[pos=0 lim=0 cap=16]
java.nio.DirectByteBuffer[pos=0 lim=16 cap=16]
常見buffer有：
- ByteBuffer
- MappedByteBuffer
- DirectByteBuffer
- HeapByteBuffer
- ShortBuffer
- IntBuffer
- LongBuffer
- FloatBuffer
- DoubleBuffer
- CharBuffer
1.3 Selector簡介
Selector被稱為多路復用器趟佃，用于輪詢NIO的channel是否處于可讀或者可寫的狀態(tài)，其位于jdk的java.nio.channels.Selector昧捷。
selector 的作用就是配合一個線程來管理多個 channel闲昭，獲取這些 channel 上發(fā)生的事件，這些 channel 工作在非阻塞模式下靡挥，不會讓線程吊死在一個 channel 上序矩。適合連接數(shù)特別多，但流量低的場景跋破。
調(diào)用 selector 的 select() 會阻塞直到 channel 發(fā)生了讀寫就緒事件簸淀，這些事件發(fā)生，select 方法就會返回這些事件交給 thread 來處理毒返。
輪詢步驟：
1）每個channel需要注冊到selector上租幕。
2）selector輪詢每個channel，當有channel發(fā)生讀寫操作拧簸，這個channel處于就緒狀態(tài)劲绪，會被輪詢到，等到就緒狀態(tài)的channel集合盆赤，進行后續(xù)的IO操作贾富。
代碼舉例：
//創(chuàng)建selector
Selector selector = Selector.open();
//注冊channel
channel.configureBlocking(false); // 必須是非阻塞
/*
第二個參數(shù)有以下四種類型：
Connect ：連接完成事件( TCP 連接 )，僅適用于客戶端牺六，對應(yīng) SelectionKey.OP_CONNECT
Accept：接受新連接事件颤枪，僅適用于服務(wù)端，對應(yīng) SelectionKey.OP_ACCEPT 淑际。
Read ：讀事件畏纲，適用于兩端，對應(yīng)SelectionKey.OP_READ 庸追，表示 Buffer 可讀霍骄。
Write ：寫時間，適用于兩端淡溯，對應(yīng)SelectionKey.OP_WRITE 读整，表示 Buffer 可寫。
*/
SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
