Socket-IO 系列（三）基于 NIO 的同步非阻塞式编程
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缓冲区(Buffer)用于存储数据 -
通道(Channel)用于传输数据 -
多路复用器(Selector)用于轮询 Channel 状态，四种状态：Connect(连接)，Accept(阻塞)，Read(读)，Write(写)
一、Buffer(缓冲区)
不同于面向流的 IO 中将数据直接写入或读取到 Stream 对象中，在 NIO 中，所有数据都是用缓冲区处理(读写)。缓冲区通常是一个字节数组(ByteBuffer)，这个数组提供了数据的访问读写操作属性，如 position、limit、capacity、mark 等。
Buffer 类型：ByteBuffer、CharBuffer、ShortBuffer、IntBuffer、LongBuffer、FloatBuffer、DoubleBuffer。
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capacity: 容量，表示缓冲区中最大存储数据的容量。一旦声明不能改变。 -
limit: 界限，表示缓冲区中可以操作数据的大小。(limit后的数据不能读) -
position: 位置，表示缓冲区中正在操作数据的位置 -
mark: 标记，表示记录当前 postion 的位置。可以通过 reset 恢复到时 mark 的位置。
注：mark <= postion <= limit <= capacity
import java.nio.ByteBuffer;
public class BufferTest {
public static void main(String[] args) {
//1. 分配一个非直接缓冲区(用户地址空间，即JVM)
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
System.out.println(buf);//java.nio.HeapByteBuffer[pos=0 lim=1024 cap=1024] 堆空间
//2. 向buf中写入数据
buf.put("abcd".getBytes());
System.out.println(buf); //[pos=4 lim=1024 cap=1024]
//3. 切换成读模式
buf.flip(); //limit = position; position = 0; mark = -1;
System.out.println(buf); //[pos=0 lim=4 cap=1024]
//4. buf.get()读数据
for (int i = 0; i < buf.limit(); i++) {
System.out.println((char) buf.get());
}
System.out.println(buf); //[pos=4 lim=4 cap=1024]
//5. buf.rewind()再读数据
buf.rewind(); //position = 0; mark = -1;
System.out.println(buf); //[pos=0 lim=4 cap=1024]
//6. buf.get(bytes)读一个字节数组
byte[] bytes = new byte[buf.limit()];
buf.get(bytes);
System.out.println(new String(bytes)); //[pos=4 lim=4 cap=1024]
//7. buf.reset()复位到上一个标记位
buf.position(1).mark();
System.out.println(buf);
buf.get();
System.out.println(buf);
buf.reset();
System.out.println(buf);
//8. buf.hasRemaining()
if (buf.hasRemaining()) {
System.out.println(buf.remaining());
}
//9. buf.duplicate()
ByteBuffer buf2 = buf.duplicate();
//10. buf.clear() 清空缓冲区，但是缓冲区依旧存在，只是处于“遗忘”状态
buf.clear();
}
}
1.1 直接缓冲区和非直接缓冲区
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非直接缓冲区：将缓冲区开辟在用户地址空间(JVM)。
ByteBuffer.allocate(1024);
JDK 源码：
public static ByteBuffer allocate(int capacity) {
if (capacity < 0)
throw new IllegalArgumentException();
//在堆中开辟空间
return new HeapByteBuffer(capacity, capacity);
}
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直接缓冲区(少用)：将缓冲区直接开辟在内核地址空间(OS)，减少了将数据从内核地址空间复制到用户地址空间的过程，提高了效率。但直接操作内核地址不安全，分配销毁开销大，不易操作。一般情况下，用于本机IO操作影响的大型、持久的缓冲区，并且性能有明显提升的情况。
ByteBuffer.allocateDirect(1024);
JDK 源码：
public static ByteBuffer allocateDirect(int capacity) {
return new DirectByteBuffer(capacity);
}
二、Channel(通道)
通道：IO 中源与目标之前的连接，负责传输数据。缓冲区用于存储数据。
java.nio.channels.Channel 接口：
|--FileChannel
|--SocketChannel
|--ServerSocketChannel
|--DatagramChannel
2.1 获取通道的有有三种方法
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Java 针对支持通道的类提供了 getChannel() 方法。
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本地IO FileInputStream/FileOutputStream/RandomAccessFile
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网络IO Socket/ServerSocket/DatagramSocket
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在 JDK 1.7 中的 NIO.2 针对各个通道提供了静态方法 open()
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在 JDK 1.7 中的 NIO.2 的 Files 工具类的 newByteChannel()
// 通过通道传输数据
public void test1() throws Exception {
FileInputStream fis = new FileInputStream("1.png");
FileOutputStream fos = new FileOutputStream("2.png");
//1. 获取通道
FileChannel inChannel = fis.getChannel();
FileChannel outChannel = fos.getChannel();
//2. 分配缓冲区
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
//3. 用通道传输数据
while (inChannel.read(buf) != -1) {
buf.flip();
outChannel.write(buf);
buf.clear();
}
//4. 关闭
outChannel.close();
inChannel.close();
fis.close();
fos.close();
}
// 内存映射文件，直接缓冲区
public void test2 () throws IOException {
FileChannel inChannel = FileChannel.open(Paths.get("1.png"), StandardOpenOption.READ);
FileChannel outChannel = FileChannel.open(Paths.get("3.png"),
StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.READ, StandardOpenOption.CREATE);
//内存映射文件，直接缓冲区
MappedByteBuffer inMappedBuf = inChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, inChannel.size());
MappedByteBuffer outMappedBuf = outChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, inChannel.size());
byte[] bytes = new byte[inMappedBuf.limit()];
inMappedBuf.get(bytes);
outMappedBuf.put(bytes);
inChannel.close();
outChannel.close();
}
// transferTo
public void test3 () throws IOException {
FileChannel inChannel = FileChannel.open(Paths.get("1.png"), StandardOpenOption.READ);
FileChannel outChannel = FileChannel.open(Paths.get("4.png"), StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.READ, StandardOpenOption.CREATE);
//内存映射文件，直接缓冲区
inChannel.transferTo(0, inChannel.size(), outChannel);
//outChannel.transferFrom(inChannel, 0, inChannel.size());
inChannel.close();
outChannel.close();
}
2.2 分散(Scatter)与聚集(Gather)
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分散读取(Scatter Read)：按照缓冲区的顺序，从 Channel 中读取的依次将缓冲区填满
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聚集写入(Gather Write)：将多个缓冲区的数据依次写入 Channel
public static void main(String[] args) throws IOException {
RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile("1.txt", "rw");
FileChannel inChannel = raf.getChannel();
//1. 获取通道
ByteBuffer buf1 = ByteBuffer.allocate(10);
ByteBuffer buf2 = ByteBuffer.allocate(20);
// Gather
ByteBuffer[] bufs = {buf1, buf2};
inChannel.read(bufs);
for (ByteBuffer buf : bufs) {
buf.flip();
}
System.out.println(new String(bufs[0].array(), 0, bufs[0].limit()));
System.out.println(new String(bufs[1].array(), 0, bufs[1].limit()));
// Scanner
RandomAccessFile raf2 = new RandomAccessFile("2.txt", "rw");
FileChannel outChannel = raf2.getChannel();
outChannel.write(bufs);
}
2.2 补充：编码与解码
// 输出有效的字符集
public void test1 () {
SortedMap<String, Charset> charsets = Charset.availableCharsets();
for (Map.Entry<String, Charset> me : charsets.entrySet()) {
System.out.println(me.getKey() + ": " + me.getValue());
}
}
// 编码与解码
public void test2 () throws CharacterCodingException {
Charset cs = Charset.forName("gbk");
//编码器和解码器
CharsetEncoder encoder = cs.newEncoder();
CharsetDecoder decoder = cs.newDecoder();
CharBuffer cBuf = CharBuffer.allocate(1024);
cBuf.put("中华人民共和国");
cBuf.flip();
//编码
ByteBuffer bBuf = encoder.encode(cBuf);
try {
System.out.println(new String(bBuf.array(), "gbk"));
} catch (UnsupportedEncodingException e) {
;
}
//解码
CharBuffer cBuf2 = decoder.decode(bBuf);
System.out.println(cBuf2.limit());
System.out.println(cBuf2.toString());
}
三、Selector(多路复用器)
每天用心记录一点点。内容也许不重要，但习惯很重要！