Java基础—NIO基础概念
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johnnian commented
一、I/O & NIO
Java的IO流，根据类型不同划分为（具体继承这些IO类的子类非常多）
- 基于字节操作的 I/O 接口：InputStream 和 OutputStream
- 基于字符操作的 I/O 接口：Writer 和 Reader
- 基于磁盘操作的 I/O 接口：File
- 基于网络操作的 I/O 接口：Socket
Java传统的IO类操作都是阻塞的，在高并发的场景下性能令人堪忧。
Java NIO（Non-blocking IO）是JDK1.4之后推出的一套新IO接口——非阻塞IO，与传统IO接口的主要区别在于：
| I/O | NIO |
|---|---|
| 线程阻塞 | 线程非阻塞 |
| 用流（Stream）的方式处理数据 | 用缓冲区（Buffer）的方式处理数据 |
二、NIO基本概念
- Channel(通道)
- Buffer(缓冲区)
- Selector(选择器)
2.1 Channel
1). Channel,相对于Stream，有几点区别：
| Channel | Stream |
|---|---|
| 双向(可以读写) | 单向(只能读或只能写) |
| 非阻塞操作 | 阻塞操作 |
| 基于Buffer | 基于流 |
2). NIO数据的流向总是：
Channel ----> Buffer
Channel <---- Buffer
3). Channel主要有下面几种类型：
| 类型 | 说明 |
|---|---|
| FileChannel | 文件的数据读写 |
| DatagramChannel | UDP的数据读写 |
| SocketChannel | TCP的数据读写 |
| ServerSocketChannel | 监听TCP链接请求，并且创建SocketChannel |
4). 具体获取Channel的类
| 类型 | 说明 |
|---|---|
| FileChannel | FileInputStream.getChannel() FileOutputStream.getChannel() RandomAccessFile.getChannel() |
| DatagramChannel | DatagramChannel.open() |
| SocketChannel | SocketChannel.open() |
| ServerSocketChannel | ServerSocketChannel.open() |
2.2 Buffer
Buffer实际上就是一块内存区，用于和Channel交互，需要注意的是：
Buffer是非线程安全的，如果需要在多线程环境中使用，则需要有同步锁。
1). Buffer基本概念
要真正理解Buffer，有一张图比较经典：
- capacity: buffer的容量大小，一般在创建之后就不会再改变；
- limit: buffer内存区中还未被读写的第一个element位置索引；
- position: 下一个等待要被读写的element位置索引；
- mark: 当调用reset方法时，position会被重置的位置索引；
通常，0 <= mark <= position <= limit <= capacity
2). Buffer类型
| Buffer名字 | 对应基础类型 |
|---|---|
| ByteBuffer | byte |
| CharBuffer | char |
| DoubleBuffer | double |
| FloatBuffer | float |
| IntBuffer | int |
| LongBuffer | long |
3). Buffer常用操作
| buffer操作 | 具体 |
|---|---|
| clear() | limit=capacity, position=0, mark忽略 |
| flip() | limit= position, position=0, mark忽略 |
| rewind() | position=0, mark忽略 |
| compact() (ByteBuffer才有) |
将整块Buffer（从position～limit）移动到Buffer开始的位置（0～limit-position） |
Buffer常用操作模式：
- 把数据写入buffer；
- 调用flip；
- 从buffer中读取数据；
- 调用buffer.clear()清空整个buffer 或者 buffer.compact()清空已经读取的buffer
2.3 Selector
Selector是NIO中的组件，检查一个或多个channel，实现一个线程管理多个网络链接。
使用步骤：
- 创建 selector
- 注册channel到selector
Channel必须是非阻塞的。所以FileChannel不适用Selector，因为FileChannel不能切换为非阻塞模式。Socket channel可以正常使用。