NIO的知识点总结

2024-04-11 22:46:13

参考文档链接：　　https://www.zhihu.com/question/29005375

　　　　　　　　　http://ifeve.com/java-nio-all/

　　　　　　　　　https://www.yiibai.com/java_nio/java-nio-channels.html　

1.nio定义

　　nio是非阻塞IO

2.IO、NIO的区别

　　IO是面向流的阻塞IO，NIO是面向缓存的非阻塞IO。面向流的IO可以理解为以字节的处理数据，面向缓存是以块的形式处理数据。

3.三个核心

（1）Buffer - 缓冲

（2）Channel - 通道

（3）Selector - 选择器

4.Channel与Buffer的区别

　　Channel管道比作成铁路，buffer缓冲区比作成火车(运载着货物)。而我们的NIO就是通过Channel管道运输着存储数据的Buffer缓冲区的来实现数据的处理！Channel不与数据打交道，它只负责运输数据。与数据打交道的是Buffer缓冲区。

5.Buffer

基本用法

　　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

三个属性

（1）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）才能继续写数据往里写数据。

（2）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会向前移动到下一个可插入数据的Buffer单元。position最大可为capacity – 1。

（3）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。

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（limit被设置成已写数据的数量，这个值在写模式下就是position）

常用方法

（1）flip()

　　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。

（2）clear() 与 compact()

　　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正后面。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。

（3）mark() 与 reset()

　　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

（4）equals() 与 compareTo()

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。当满足下列条件时，表示两个Buffer相等：

（1）有相同的类型（byte、char、int等）。

（2）Buffer中剩余的byte、char等的个数相等。

（3）Buffer中所有剩余的byte、char等都相同。

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：

（1）第一个不相等的元素小于另一个Buffer中对应的元素。

（2）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)。

6.Channel

常用的通道

　　FileChannel

　　DatagramChannel

　　SocketChannel

　　ServerSocketChannel

通道实现

在Java NIO中，主要使用的通道如下：

　　（1）FileChannel：文件通道用于从文件读取数据。它只能通过调用getChannel()方法来创建对象。不能直接创建FileChannel对象。注意，FileChannel不能设置为非阻塞模式。下面是一个创建FileChannel对象的例子：

FileInputStream fis = new FileInputStream("D:\\file-read.txt"); // Path of Input text file  

ReadableByteChannel rbc = fis.getChannel();

　　（2）DatagramChannel：数据报通道可以通过UDP(用户数据报协议)通过网络读取和写入数据。它使用工厂方法来创建新对象。下面是打开DatagramChannel的语法：

DatagramChannel ch = DatagramChannel.open();

用于关闭DatagramChannel的语法：

DatagramChannel ch = DatagramChannel.close();

　　（3）SocketChannel：数据报通道可以通过TCP(传输控制协议)通过网络读取和写入数据。它还使用工厂方法来创建新对象。

用于打开SocketChannel的语法：

SocketChannel ch = SocketChannel.open();  

ch.connect(new InetSocketAddress("somehost", someport));

用于关闭SocketChannel的语法：

SocketChannel ch = SocketChannel.close();  

ch.connect(new InetSocketAddress("somehost", someport));

　　（4）ServerSocketChannel：ServerSocketChannel允许用户监听传入的TCP连接，与Web服务器相同。对于每个传入连接，都会为连接创建一个SocketChannel。

下面是打开ServerSocketChannel的语法：

ServerSocketChannel ch = ServerSocketChannel.open();  

ch.socket().bind (new InetSocketAddress (somelocalport));

下面是关闭ServerSocketChannel的语法：

ServerSocketChannel ch = ServerSocketChannel.close();  

ch.socket().bind (new InetSocketAddress (somelocalport));

7.Selector

定义

　　选择器(Selector)用于使用单个线程处理多个通道。因此，它需要较少的线程来处理这些通道。线程之间的切换对于操作系统来说是昂贵的。因此，使用它可以提高系统效率。

Selector的创建

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。与Selector一起使用时，Channel必须处于非阻塞模式下。通过SelectableChannel.register()方法来实现，如下：

channel.configureBlocking(false);
SelectionKey key =channel.register(selector,Selectionkey.OP_READ);

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

interest集合

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

可以通过SelectionKey读写interest集合，像这样：

int interestSet = selectionKey.interestOps();

boolean isInterestedInAccept  = (interestSet & SelectionKey.OP_ACCEPT) == SelectionKey.OP_ACCEPT；

boolean isInterestedInConnect = interestSet & SelectionKey.OP_CONNECT;

可以看到，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。Selection将在下一小节进行解释。可以这样访问ready集合：

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：

selectionKey.isAcceptable();

selectionKey.isConnectable();

selectionKey.isReadable();

selectionKey.isWritable();

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（译者注：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()

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：

Set selectedKeys = selector.selectedKeys();

当像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：

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();
}

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()与close()

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）”。

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

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();

　　}

}

8.Scatter/Gathe

　　分散读取(scatter)：将一个通道中的数据分散读取到多个缓冲区中

　　聚集写入(gather)：将多个缓冲区中的数据集中写入到一个通道中

9. pipe

创建管道

　通过Pipe.open()方法打开管道。例如：

Pipe pipe = Pipe.open();

向管道写数据

要向管道写数据，需要访问sink通道。像这样：

Pipe.SinkChannel sinkChannel = pipe.sink();

通过调用SinkChannel的write()方法，将数据写入SinkChannel,像这样：

String newData = "New String to write to file..." + System.currentTimeMillis();

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

buf.clear();

buf.put(newData.getBytes());

buf.flip();

while(buf.hasRemaining()) {

    sinkChannel.write(buf);

}

从管道读取数据

从读取管道的数据，需要访问source通道，像这样：

Pipe.SourceChannel sourceChannel = pipe.source();

调用source通道的read()方法来读取数据，像这样：

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

int bytesRead = sourceChannel.read(buf);

read()方法返回的int值会告诉我们多少字节被读进了缓冲区。

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