上篇說了最基礎(chǔ)的五種IO模型，相信大家對(duì)IO相關(guān)的概念應(yīng)該有了一定的了解克锣，這篇文章主要講講基于多路復(fù)用IO的Java NIO拢切。
背景
Java誕生至今虚循，有好多種IO模型，從最早的Java IO到后來的Java NIO以及最新的Java AIO棍现，每種IO模型都有它自己的特點(diǎn)调煎，詳情請(qǐng)看我的上篇文章Java IO初探，而其中的的Java NIO應(yīng)用非常廣泛己肮，尤其是在高并發(fā)領(lǐng)域士袄，比如我們常見的Netty，Mina等框架谎僻，都是基于它實(shí)現(xiàn)的窖剑，相信大家都有所了解，下面讓我們來看看Java NIO的具體架構(gòu)戈稿。
Java NIO架構(gòu)
其實(shí)Java NIO模型相對(duì)來說也還是比較簡(jiǎn)單的，它的核心主要有三個(gè)讶舰，分別是：Selector鞍盗、Channel和Buffer,我們先來看看它們之間的關(guān)系：
它們之間的關(guān)系很清晰，一個(gè)線程對(duì)應(yīng)著一個(gè)Selector跳昼，一個(gè)Selector對(duì)應(yīng)著多個(gè)Channel般甲，一個(gè)Channel對(duì)應(yīng)著一個(gè)Buffer，當(dāng)然這只是通常的做法鹅颊，一個(gè)Channel也可以對(duì)應(yīng)多個(gè)Selector敷存，一個(gè)Channel對(duì)應(yīng)著多個(gè)Buffer。
Selector
個(gè)人認(rèn)為Selector是Java NIO的最大特點(diǎn)堪伍，之前我們說過锚烦，傳統(tǒng)的Java IO在面對(duì)大量IO請(qǐng)求的時(shí)候有心無力，因?yàn)槊總€(gè)維護(hù)每一個(gè)IO請(qǐng)求都需要一個(gè)線程帝雇，這帶來的問題就是涮俄，系統(tǒng)資源被極度消耗，吞吐量直線下降尸闸，引起系統(tǒng)相關(guān)問題彻亲，那么Java NIO是如何解決這個(gè)問題的呢？答案就是Selector吮廉，簡(jiǎn)單來說它對(duì)應(yīng)著多路IO復(fù)用中的監(jiān)管角色苞尝，它負(fù)責(zé)統(tǒng)一管理IO請(qǐng)求，監(jiān)聽相應(yīng)的IO事件宦芦，并通知對(duì)應(yīng)的線程進(jìn)行處理宙址，這種模式下就無需為每個(gè)IO請(qǐng)求單獨(dú)分配一個(gè)線程，另外也減少線程大量阻塞调卑，資源利用率下降的情況曼氛，所以說Selector是Java NIO的精髓豁辉，在Java中我們可以這么寫：
// 打開服務(wù)器套接字通道
ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
// 服務(wù)器配置為非阻塞
ssc.configureBlocking(false);
// 進(jìn)行服務(wù)的綁定
ssc.bind(new InetSocketAddress("localhost", 8001));
// 通過open()方法找到Selector
Selector selector = Selector.open();
// 注冊(cè)到selector，等待連接
ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
...
Channel
Channel本意是通道的意思舀患，簡(jiǎn)單來說徽级，它在Java NIO中表現(xiàn)的就是一個(gè)數(shù)據(jù)通道，但是這個(gè)通道有一個(gè)特點(diǎn)聊浅，那就是它是雙向的餐抢，也就是說，我們可以從通道里接收數(shù)據(jù)低匙，也可以向通道里寫數(shù)據(jù)旷痕，不用像Java BIO那樣，讀數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)需要不同的數(shù)據(jù)通道顽冶，比如最常見的Inputstream和Outputstream欺抗，但是它們都是單向的，Channel作為一種全新的設(shè)計(jì)强重，它幫助系統(tǒng)以相對(duì)小的代價(jià)來保持IO請(qǐng)求數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶幚斫食剩撬⒉徽嬲娣艛?shù)據(jù)，它總是結(jié)合著緩存區(qū)（Buffer）一起使用间景，另外Channel主要有以下四種：
- FileChannel：讀寫文件時(shí)使用的通道
- DatagramChannel：傳輸U(kuò)DP連接數(shù)據(jù)時(shí)的通道,與Java IO中的DatagramSocket對(duì)應(yīng)
- SocketChannel：傳輸TCP連接數(shù)據(jù)時(shí)的通道佃声，與Java IO中的Socket對(duì)應(yīng)
- ServerSocketChannel: 監(jiān)聽套接詞連接時(shí)的通道，與Java IO中的ServerSocket對(duì)應(yīng)
當(dāng)然其中最重要以及最常用的就是SocketChannel和ServerSocketChannel倘要，也是Java NIO的精髓圾亏，ServerSocketChannel可以設(shè)置成非阻塞模式，然后結(jié)合Selector就可以實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用IO封拧，使用一個(gè)線程管理多個(gè)Socket連接志鹃，具體使用可以參數(shù)上面的代碼。
Buffer
顧名思義泽西，Buffer的含義是緩沖區(qū)弄跌，它在Java NIO中的主要作用就是作為數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)域，Buffer對(duì)應(yīng)著某一個(gè)Channel尝苇，從Channel中讀取數(shù)據(jù)或者向Channel中寫數(shù)據(jù)铛只，Buffer與數(shù)組很類似，但是它提供了更多的特性糠溜，方便我們對(duì)Buffer中的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作淳玩，后面我也會(huì)主要分析它的三個(gè)屬性capacity，position和limit非竿，我們先來看一下Buffer分配時(shí)的類別（這里不是指Buffer的具體數(shù)據(jù)類型）即Direct Buffer和Heap Buffer蜕着，那么為什么要有這兩種類別的Buffer呢？我們先來看看它們的特性：
Direct Buffer：
- 直接分配在系統(tǒng)內(nèi)存中；
- 不需要花費(fèi)將數(shù)據(jù)庫從內(nèi)存拷貝到Java內(nèi)存中的成本承匣；
- 雖然Direct Buffer是直接分配中系統(tǒng)內(nèi)存中的蓖乘，但當(dāng)它被重復(fù)利用時(shí)，只有真正需要數(shù)據(jù)的那一頁數(shù)據(jù)會(huì)被裝載到真是的內(nèi)存中韧骗，其它的還存在在虛擬內(nèi)存中嘉抒，不會(huì)造成實(shí)際內(nèi)存的資源浪費(fèi)；
- 可以結(jié)合特定的機(jī)器碼袍暴，一次可以有順序的讀取多字節(jié)單元些侍；
- 因?yàn)橹苯臃峙湓谙到y(tǒng)內(nèi)存中，所以它不受Java GC管理政模，不會(huì)自動(dòng)回收岗宣；
- 創(chuàng)建以及銷毀的成本比較高；
Heap Buffer：
- 分配在Java Heap淋样，受Java GC管理生命周期耗式，不需要額外維護(hù)；
- 創(chuàng)建成本相對(duì)較低趁猴；
根據(jù)它們的特性刊咳，我們可以大致總結(jié)出它們的適用場(chǎng)景：
如果這個(gè)Buffer可以重復(fù)利用，而且你也想多個(gè)字節(jié)操作躲叼，亦或者你對(duì)性能要求很高，可以選擇使用Direct Buffer企巢，但其編碼相對(duì)來說會(huì)比較復(fù)雜枫慷，需要注意的點(diǎn)也更多，反之則用Heap Buffer浪规，Buffer的相應(yīng)創(chuàng)建方法：
//創(chuàng)建Heap Buffer
ByteBuffer heapBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
//創(chuàng)建Direct Buffer
ByteBuffer directBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024);
下面我們來看看它的三個(gè)屬性：
- Capacity：顧名思義它的含義是容量或听，代表著Buffer的最大容量，與數(shù)組的Size很類似笋婿，初始化不可更改誉裆，除非你改變的Buffer的結(jié)構(gòu)；
- Limit：顧名思義它的含義是界限缸濒，代表著Buffer的目前可使用的最大限制足丢，寫模式下，一般Limit等于Capacity庇配，讀模式下需要你自己控制它的值結(jié)合position讀取想要的數(shù)據(jù)斩跌；
- Position：顧名思義它的含義是位置，代表著Buffer目前操作的位置捞慌，通俗來說耀鸦，就是你下次對(duì)Buffer進(jìn)行操作的起始位置；
接下來我會(huì)用一個(gè)圖解的列子幫助大家理解,現(xiàn)在我們假設(shè)有一個(gè)容量為10的Buffer啸澡，我們先往里面寫入一定字節(jié)的數(shù)據(jù)袖订，然后再根據(jù)編碼規(guī)則從其中讀取我們需要的數(shù)據(jù)：
1.初始Buffer：
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
2.向Buffer中寫入兩個(gè)字節(jié)：
buffer.put("my".getBytes());
3.再Buffer中寫入四個(gè)字節(jié)：
buffer.put("blog".getBytes());
4.現(xiàn)在我們需要從Buffer中獲取數(shù)據(jù)氮帐，首先我們先將寫模式轉(zhuǎn)換為讀模式：
buffer.flip();
我們來看看flip()方法到底做了什么事？
public final Buffer flip() {
limit = position;
position = 0;
mark = -1;
return this;
}
從源碼中可以看出洛姑，flip方法根據(jù)Buffer目前的相應(yīng)屬性來修改對(duì)應(yīng)的屬性上沐，所以flip()方法之后，Buffer目前的狀態(tài)：
5.接著我們從Buffer中讀取數(shù)據(jù)
從Buffer中讀取數(shù)據(jù)有多種方式吏口，比如get(),get(byte [])等奄容，相關(guān)的具體方法使用可以參考Buffer的官方API文檔，這里我們用最簡(jiǎn)單的get()來獲取數(shù)據(jù):
byte a = buffer.get();
byte b = buffer.get();
此時(shí)Buffer的狀態(tài)如下圖所示：
我們可以按照這種方式讀取完我們所需數(shù)據(jù)产徊，最終調(diào)用clear()方法將Buffer置為初始狀態(tài)昂勒。
總結(jié)
這篇文章主要講解了Java NIO中重要的三個(gè)組成部分，在實(shí)際使用過程也是比較重要的舟铜，掌握它們之間的關(guān)系戈盈，可以讓你對(duì)Java NIO的整個(gè)架構(gòu)更加熟悉，理解相對(duì)來說也會(huì)更加深刻谆刨，并分析了這種模式是如何與多路復(fù)用IO模型的映射塘娶，了解Java NIO在高并發(fā)場(chǎng)景下優(yōu)勢(shì)的原因。
