NIO

1. 基础概念

在NIO中有几个比较关键的概念：Channel（通道），Buffer（缓冲区），Selector（选择器）。下例是传统的IO中读取一个文件内容的方式：

• 这里的InputStream实际上就是为读取文件提供一个通道。因此可以将NIO 中的Channel同传统IO中的Stream来类比，但在传统IO中，Stream是单向的，比如InputStream只能进行读取操作，OutputStream只能进行写操作。而Channel是双向的，既可用来进行读操作，又可用来进行写操作。
• Buffer（缓冲区）是NIO中非常重要的一个概念，在NIO中所有数据的读和写都离不开Buffer。比如上面的一段代码中，读取的数据是放在byte数组当中，而在NIO中，读取的数据只能放在Buffer中。同样地，写入数据也是先写入到Buffer中。
• NIO中最核心的一个东西是Selector，Selector的作用就是用来轮询每个注册的Channel，一旦发现Channel有注册的事件发生，便获取事件然后进行处理。

用单线程处理一个Selector，然后通过Selector.select()方法来获取到达事件，在获取了到达事件之后，就可以逐个地对这些事件进行响应处理。

2. Channel

Channel和传统IO中的Stream很相似，但也有很大的区别，主要区别为：通道是双向的，通过一个Channel既可以进行读，也可以进行写；而Stream只能进行单向操作，通过一个Stream只能进行读或者写。以下是常用的几种通道，这些通道涵盖了UDP 和 TCP 网络IO，以及文件IO：

• FileChannel：通过使用FileChannel可以从文件读或向文件写入数据；
• SocketChanel：通过SocketChannel，以TCP来向网络连接的两端读写数据；
• ServerSocketChannel：通过ServerSocketChanel能够监听客户端发起的TCP连接，并为每个TCP连接创建一个新的SocketChannel来进行数据读写；
• DatagramChannel：通过DatagramChannel，以UDP协议来向网络连接的两端读写数据。

下面实例为通过FileChannel向文件中写入数据：

运行结果：

3. Buffer

Buffer（缓冲区）实际上是一个容器。Channel提供从文件、网络读取数据的渠道，但是读取或写入的数据都必须经由Buffer。在NIO中，Buffer是一个顶层父类，它是一个抽象类，常用的Buffer的子类有：

• ByteBuffer
• IntBuffer
• CharBuffer
• LongBuffer
• DoubleBuffer
• FloatBuffer
• ShortBuffer

这些Buffer覆盖了能通过IO发送的基本数据类型：byte, short, int, long, float, double 和 char。如果是对于文件读写，上面几种Buffer都可能会用到，对于网络读写来说，用的最多的是ByteBuffer。

Buffer通过几个变量来保存这个数据的当前位置状态，也就是有四个索引：

1. ByteBuffer.allocate(11)创建了一个11个byte的数组缓冲区，初始状态如下：position的位置为0，capacity和limit默认为数组长度。

1. 当写入5个字节时，位置变化如下图所示：

1. 这时需要将缓冲区的5个字节数据写入channel通信信道，调用byteBuffer.flip()方法，位置变化如下：

1. 下一次写数据之前调用clear()方法即可

4. Selector

Selector允许单线程处理多个 Channel。Selector能够检测多个注册的通道上是否有事件发生，如果有事件发生，便获取事件然后针对每个事件进行相应的响应处理。这样一来，只用一个单线程就可以管理多个通道，也就是管理多个连接。这样使得只有在连接真正有读写事件发生时，才会调用函数来进行读写，就大大地减少了系统开销，并且不必为每个连接都创建一个线程，不用去维护多个线程，并且避免了多线程之间的上下文切换导致的开销。与Selector有关的一个关键类是SelectionKey，一个SelectionKey表示一个到达的事件，这2个类构成了服务端处理业务的关键逻辑。

5. 与传统IO的区别

1. 面向流与面向缓冲：Java IO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。如果需要前后移动流中的数据，需要先将它缓存到一个缓冲区。Java 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，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。
2. 阻塞与非阻塞IO：Java IO的各种流是阻塞的。这意味着，当一个线程调用read() 或 write()时，该线程会被阻塞直到有数据被读取，或数据完全写入。该线程在此期间不能再干任何事情。Java NIO的非阻塞读模式，使一个线程从某通道发送请求读取数据，它仅能读到目前可用的数据，如果目前没有数据可用时，不会阻塞，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）。
3. 选择器：Java NIO的选择器允许一个单独的线程来监视多个输入通道，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。