NIO学习笔记

一、NIO 的核心部分

1. 通道（channel）：用于读操作和写操作，主要负责数据的“运输”。相当于传统 IO 中的 stream，不过 stream 是单向的。
2. 缓冲区（buffer）：一个容器，用于存储数据。
3. 选择器（selector）：核心类，能够检测多个注册的通道上是否有事件发生，因此一个线程可以管理多个通道。
   
   

二、为什么使用 NIO

使用 NIO 主要就是为了提高 IO 的速度

1. 传统 IO 是基于 字节流 和字符 进行操作的，而 NIO 是基于 通道（channel）和 缓冲区（buffer）进行操作的，这样一来数据的偏移操作非常方便。
2. 传统 IO 是阻塞的，如果发出 IO 请求后数据没有就绪，会处于阻塞状态，而 NIO 通过 通道 操作数据，因此一个通道无数据可读，可以切换到另一个通道。
3. NIO 有 选择器，因此单线程可以操作多个通道。

三、简单的 NIO 读和写例子

1. 从文件中读取
   与传统 IO 不同的是，使用 NIO 从文件中读取主要分为三步：
   （1）从 FileInputStream 中获取 channel；

   FileInputStream fin = new FileInputStream("readandshow.txt");
   FileChannel fc = fin.getChannel();
   

   （2）创建 buffer；

   ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
   

   （3）将数据从 channel 读到 buffer 中。

   fc.read(buffer);
   
   

2. 写入文件
   类似的，利用 NIO 写入文件也分为三步：
   （1）从 FileInputStream 中获取 channel；

      FileOutputStream fout = new FileOutputStream("writesomebytes.txt");
      FileChannel fc = fout.getChannel();
      

   （2）创建一个缓冲区并在其中放入一些数据；

      ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
      for (int i=0; i<message.length; ++i) {buffer.put( message[i] );  // 从 message 数组中取出放入 buffer
      }
      buffer.flip();    // 将 buffer 由写模式切换为读模式

   （3）将数据从 buffer 写到通道中。

      fc.write(buffer);
      
   

四、buffer 内部细节

1. flip()函数源码

public final Buffer flip() {
    limit = position;
    position = 0;
    mark = -1;
    return this;
}
 

这里可以注意到 limit,position 和 mark 三个变量
（1）capacity：表明可以储存在缓冲区中的最大数据容量。
（2）position：下一个可插入的位置(写 buffer 时) 或者下一个可读的位置 (读 buffer 时)。
（3）limit：最多能写多少数据(写 buffer 时，相当于 capacity)，可以读多少数据(在从通道读入缓冲区时)。
（4）mark：标记，记录当前 position 的位置，可以通过 reset() 恢复到 mark 的位置。

五、选择器

1. selector 的创建

   Selector selector = Selector.open();

2. 因为选择器是用于管理通道的，因此需要将通道注册到相应的选择器上
   channel.configureBlocking(false); // 使用 selector 必须保证 channel 是非阻塞的模式
   SelectionKey key = channel.register(selector, Selectionkey.OP_READ);

   注意 register 的第二个参数表示对选择器对什么事件感兴趣。
   而 返回值 记录了包括 channel，buffer，interest 集合和 ready 集合等。

3. 通过 selector 选择通道
   可以使用select（） 函数进行选择，select()方法返回的 int 值表示有多少通道已经就绪。
4. selectedKeys()函数
   一旦调用了select() 方法，并且返回值表明有一个或更多个通道就绪了，然后可以通过调用 selector 的 selectedKeys() 方法，访问“已选择键集（selected key set）”中的就绪通道。这里的 selectorKey 的就是之前注册到该 selector 的通道。

5. 示例程序

   Selector selector = Selector.open();   // 开启选择器
   channel.configureBlocking(false);      // 非阻塞模式
   SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);// 注册
   while(true) {int readyChannels = selector.select();   // 选择通道
     if(readyChannels == 0) continue;
     Set selectedKeys = selector.selectedKeys();   // 获取通道
     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();   // 需要自己移除处理完的通道}
   }

六、NIO 和 IO 的使用场景

NIO 具备一定的优点，但并不是说传统 IO 就一无是处

（1）在 处理数据 上，如果遇到逐行处理的情况，如：

    Name: Anna
    Age: 25
    Email: anna@mailserver.com
    Phone: 1234567890

传统的 IO 可以这样写：

BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(input));
String nameLine   = reader.readLine();
String ageLine    = reader.readLine();
String emailLine  = reader.readLine();
String phoneLine  = reader.readLine();

但如果使用 NIO：

    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);
    int bytesRead = inChannel.read(buffer);

你就不知道缓冲区内是否刚好是一行数据，这样处理起来会比较麻烦。

（2）如果需要管理同时打开的成千上万个连接，这些连接每次只是发送少量的数据，例如聊天服务器，实现 NIO 的服务器可能是一个优势。
如果你需要维持许多打开的连接到其他计算机上，如 P2P 网络中，使用一个单独的线程来管理你所有出站连接，可能是一个优势。
但如果你有少量的连接使用非常高的带宽，一次发送大量的数据，也许典型的 IO 服务器实现可能非常契合。

学习参考：http://ifeve.com/java-nio-all/ Java NIO 系列教程
https://www.ibm.com/developer… NIO 入门