java NIO基础

推荐资料： https://tech.meituan.com/2016/11/04/nio.html

Java I/O 分类

• 磁盘操作：File
• 字节操作：InputStream 和 OutputStream
• 字符操作： Writer 和 Reader
• 对象操作：Serializable
• 网络操作：Socket
• 新的输入/输出：NIO

NIO

（1）通道(Channel)

通道 Channel 是对原 I/O 包中的流的模拟，Channel 本身不能直接访问数据，Channel 只能与Buffer 进行交互。

通道与流的不同之处在于，流只能在一个方向上移动(一个流必须是 InputStream 或者 OutputStream 的子类)，而通道是双向的，可以用于读、写或者同时用于读写。

通道包括以下类型：

• FileChannel：从文件中读写数据；
• DatagramChannel：通过 UDP 读写网络中数据；
• SocketChannel：通过 TCP 读写网络中数据；
• ServerSocketChannel：可以监听新进来的 TCP 连接，对每一个新进来的连接都会创建一个 SocketChannel。

（2）缓冲区(Buffer)

发送给一个通道的所有数据都必须首先放到缓冲区中，同样地，从通道中读取的任何数据都要先读到缓冲区中。也就是说，不会直接对通道进行读写数据，而是要先经过缓冲区。

缓冲区实质上是一个数组，但它不仅仅是一个数组。缓冲区提供了对数据的结构化访问，而且还可以跟踪系统的读/写进程。

除了布尔类型，所有原始数据类型都有相应的 Buffer 实现

直接与非直接内存

• 非直接缓冲区：通过 allocate() 方法分配缓冲区，将缓冲区建立在 JVM 的内存中。适用于并发连接数少于1000，I/O操作较少

• 直接字节缓冲区：通过 allocateDirect() 方法分配直接缓冲区，将缓冲区建立在物理内存中。适用于数据量比较大，生命周期比较长

• allocateDirect()方法返回的DirectByteBuffer就是与底层存储空间关联的缓冲区，它通过Native代码操作非JVM堆的内存空间，每次创建或者释放的时候都调用System.gc()。注意，使用DirectByteBuffer时可能会引起JVM内存泄漏的问题。

• 字节缓冲区是直接缓冲区还是非直接缓冲区通过调用其 isDirect() 方法确定。

（3）选择器（Selector）

NIO 是非阻塞模式的。当线程从某通道进行读写数据时，若没有数据可用时，该线程可以进行其他任务。
Selector 通过轮询的方式去监听多个通道 Channel 上的事件，从而让一个线程就可以处理多个事件。这样，一个单独的线程可以管理多个Channel，从而管理多个网络连接。

Linux 上依赖于 epoll实现-源码

NIO使用实例

public class NIOTest {

	public static void main(String[] args) throws IOException {
		//创建选择器
		Selector selector = Selector.open();
		//将通道注册到选择器上
		ServerSocketChannel ssChannel = ServerSocketChannel.open();
		ssChannel.configureBlocking(false);
		ssChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

		ServerSocket serverSocket = ssChannel.socket();
		InetSocketAddress address = new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8888);
		serverSocket.bind(address);

		while (true) {
			//一次 select()调用不能处理完所有的事件，并且服务器端有可能需要一直监听事件
			//因此服务器端处理事件的代码一般会放在一个死循环内。
			selector.select();
			Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();
			Iterator<SelectionKey> keyIterator = keys.iterator();

			while (keyIterator.hasNext()) {
				SelectionKey key = keyIterator.next();
				if (key.isAcceptable()) {
					ServerSocketChannel ssChannel1 = (ServerSocketChannel) key.channel();
					// 服务器会为每个新连接创建一个 SocketChannel
					SocketChannel sChannel = ssChannel1.accept();
					sChannel.configureBlocking(false);
					// 这个新连接主要用于从客户端读取数据
					sChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
				} else if (key.isReadable()) {
					SocketChannel sChannel = (SocketChannel) key.channel();
					System.out.println(readDataFromSocketChannel(sChannel));
					sChannel.close();
				}
				keyIterator.remove();
			}
		}
	}

	private static String readDataFromSocketChannel(SocketChannel sChannel) throws IOException {
		ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
		StringBuilder data = new StringBuilder();

		while (true) {
			buffer.clear();
			int n = sChannel.read(buffer);
			if (n == -1) {
				break;
			}
			buffer.flip();
			int limit = buffer.limit();
			char[] dst = new char[limit];
			for (int i = 0; i < limit; i++) {
				dst[i] = (char) buffer.get(i);
			}
			data.append(dst);
			buffer.clear();
		}
		return data.toString();
	}
}

public class NIOClient {
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);
		OutputStream out = socket.getOutputStream();
		String s = "Hello world";
		out.write(s.getBytes());
		out.close();
	}
}