准备
首先了解一下 Socket
网络上的两个程序通过一个双向的通信连接实现数据的交换，这个连接的一端称为一个socket。
建立网络通信连接至少要一对端口号(socket)。socket本质是编程接口(API)，对TCP/IP的封装，TCP/IP也要提供可供程序员做网络开发所用的接口，这就是Socket编程接口；HTTP是轿车，提供了封装或者显示数据的具体形式；Socket是发动机，提供了网络通信的能力。
Socket的英文原义是“孔”或“插座”。作为BSD UNIX的进程通信机制，取后一种意思。通常也称作套接字，用于描述IP地址和端口，是一个通信链的句柄，可以用来实现不同虚拟机或不同计算机之间的通信。在Internet上的主机一般运行了多个服务软件，同时提供几种服务。每种服务都打开一个Socket，并绑定到一个端口上，不同的端口对应于不同的服务
然后回顾一下HTTP服务流程
- 服务端创建ServerSocket，监听一个端口
- 客户端请求服务端
- 服务端获取一个请求的Socket对象
- 开启新线程
- 读取socket 字节流
- 解码协议（HTTP协议），得到http请求对象
- 处理业务，将结果封装成一个HttpResponse对象
- 编码协议（HTTP协议），将结果序列化字节流写进socket
- 将字节流返回给客户端
- 结束
示例代码
//Server 端首先创建了一个serverSocket来监听 8000 端口，然后创建一个线程，线程里面不断调用阻塞方法 serversocket.accept();获取新的连接，见(1)，当获取到新的连接之后，给每条连接创建一个新的线程，这个线程负责从该连接中读取数据，见(2)，然后读取数据是以字节流的方式，见(3)。
public class IOServer {
public static void main(String[] args) throws Exception {
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8000);
// (1) 接收新连接线程
new Thread(() -> {
while (true) {
try {
// (1) 阻塞方法获取新的连接
Socket socket = serverSocket.accept();
// (2) 每一个新的连接都创建一个线程，负责读取数据
new Thread(() -> {
try {
int len;
byte[] data = new byte[1024];
InputStream inputStream = socket.getInputStream();
// (3) 按字节流方式读取数据
while ((len = inputStream.read(data)) != -1) {
System.out.println(new String(data, 0, len));
}
} catch (IOException e) {
}
}).start();
} catch (IOException e) {
}
}
}).start();
}
}//连接上服务端 8000 端口之后，每隔 2 秒，我们向服务端写一个带有时间戳的 "hello world"
public class IOClient {
public static void main(String[] args) {
new Thread(() -> {
try {
Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8000);
while (true) {
try {
socket.getOutputStream().write((new Date() + ": hello world").getBytes());
Thread.sleep(2000);
} catch (Exception e) {
}
}
} catch (IOException e) {
}
}).start();
}
}IO NIO AIO BIO
同步&异步，阻塞&非阻塞
- 同步与异步（synchronous/asynchronous）：同步是一种可靠的有序运行机制，当我们进行同步操作时，后续的任务是等待当前调用返回，才会进行下一步；而异步则相反，其他任务不需要等待当前调用返回，通常依靠事件、回调等机制来实现任务间次序关系
- 阻塞与非阻塞：在进行阻塞操作时，当前线程会处于阻塞状态，无法从事其他任务，只有当条件就绪才能继续，比如ServerSocket新连接建立完毕，或者数据读取、写入操作完成；而非阻塞则是不管IO操作是否结束，直接返回，相应操作在后台继续处理
java.io包的好处是代码比较简单、直观，缺点则是 IO 效率和扩展性存在局限性，容易成为应用性能的瓶颈。
很多时候，人们也把 java.net下面提供的部分网络 API，比如 Socket、ServerSocket、HttpURLConnection 也归类到同步阻塞 IO 类库，因为网络通信同样是 IO 行为。
在 Java 1.4 中引入了 NIO 框架（java.nio 包），提供了 Channel、Selector、Buffer 等新的抽象，可以构建多路复用的、同步非阻塞 IO 程序，同时提供了更接近操作系统底层的高性能数据操作方式。
在 Java 7 中，NIO 有了进一步的改进，也就是 NIO 2，引入了异步非阻塞 IO 方式，也有很多人叫它 AIO（Asynchronous IO）。异步 IO 操作基于事件和回调机制，可以简单理解为，应用操作直接返回，而不会阻塞在那里，当后台处理完成，操作系统会通知相应线程进行后续工作
IO（同步、阻塞）
IO流即input和output流，是同步 阻塞
NIO（同步、非阻塞）
NIO之所以是同步，是因为它的accept/read/write方法的内核I/O操作都会阻塞当前线程
NIO三个组成部分，Channel（通道）、Buffer（缓冲区）、Selector（选择器）
-
Channel:Channel是一个对象，可以通过它读取和写入数据。可以把它看做是IO中的流,不同的是：
Channel是双向的，既可以读又可以写，而流是单向的 Channel可以进行异步的读写 对Channel的读写必须通过buffer对象所有数据都通过Buffer对象处理，所以永远不会将字节直接写入到Channel中
在Java NIO中的Channel主要有如下几种类型：FileChannel：从文件读取数据的 DatagramChannel：读写UDP网络协议数据 SocketChannel：读写TCP网络协议数据 ServerSocketChannel：可以监听TCP连接 -
Buffer：Buffer是一个对象，它包含一些要写入或者读到Stream对象的。应用程序不能直接对 Channel 进行读写操作，而必须通过 Buffer 来进行，即 Channel 是通过 Buffer 来读写数据的
使用 Buffer 读写数据一般遵循以下四个步骤：1.写入数据到 Buffer； 2.调用 flip() 方法； 3.从 Buffer 中读取数据； 4.调用 clear() 方法或者 compact() 方法。
//CopyFile执行三个基本的操作：创建一个Buffer，然后从源文件读取数据到缓冲区，然后再将缓冲区写入目标文件
public static void copyFileUseNIO(String src,String dst) throws IOException{
//声明源文件和目标文件
FileInputStream fi=new FileInputStream(new File(src));
FileOutputStream fo=new FileOutputStream(new File(dst));
//获得传输通道channel
FileChannel inChannel=fi.getChannel();
FileChannel outChannel=fo.getChannel();
//获得容器buffer
ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(1024);
while(true){
//判断是否读完文件
int eof =inChannel.read(buffer);
if(eof==-1){
break;
}
//重设一下buffer的position=0，limit=position
buffer.flip();
//开始写
outChannel.write(buffer);
//写完要重置buffer，重设position=0,limit=capacity
buffer.clear();
}
inChannel.close();
outChannel.close();
fi.close();
fo.close();
} - Selector：Selector是一个对象，它可以注册到很多个Channel上，监听各个Channel上发生的事件，并且能够根据事件情况决定Channel读写。这样，通过一个线程管理多个Channel，就可以处理大量网络连接了。
一条连接来了之后，现在不创建一个 while 死循环去监听是否有数据可读了，而是直接把这条连接注册到 selector 上，然后，通过检查这个 selector，就可以批量监测出有数据可读的连接，进而读取数据
线程之间的切换对操作系统来说代价是很高的，并且每个线程也会占用一定的系统资源。所以，对系统来说使用的线程越少越好。
NIO多路复用
主要步骤和元素：
- 首先，通过 Selector.open() 创建一个 Selector，作为类似调度员的角色。
- 然后，创建一个 ServerSocketChannel，并且向 Selector 注册，通过指定 SelectionKey.OP_ACCEPT，告诉调度员，它关注的是新的连接请求。
- 注意，为什么我们要明确配置非阻塞模式呢？这是因为阻塞模式下，注册操作是不允许的，会抛出 IllegalBlockingModeException 异常。
- Selector 阻塞在 select 操作，当有 Channel 发生接入请求，就会被唤醒。
- 在 具体的 方法中，通过 SocketChannel 和 Buffer 进行数据操作
IO 都是同步阻塞模式，所以需要多线程以实现多任务处理。而 NIO 则是利用了单线程轮询事件的机制，通过高效地定位就绪的 Channel，来决定做什么，仅仅 select 阶段是阻塞的，可以有效避免大量客户端连接时，频繁线程切换带来的问题，应用的扩展能力有了非常大的提高
NIO2（异步、非阻塞）
AIO是异步IO的缩写
对于NIO来说，我们的业务线程是在IO操作准备好时，得到通知，接着就由这个线程自行进行IO操作，IO操作本身是同步的
但是对AIO来说，则更加进了一步，它不是在IO准备好时再通知线程，而是在IO操作已经完成后，再给线程发出通知。因此AIO是不会阻塞的，此时我们的业务逻辑将变成一个回调函数，等待IO操作完成后，由系统自动触发
与NIO不同，当进行读写操作时，只须直接调用API的read或write方法即可。这两种方法均为异步的，对于读操作而言，当有流可读取时，操作系统会将可读的流传入read方法的缓冲区，并通知应用程序；对于写操作而言，当操作系统将write方法传递的流写入完毕时，操作系统主动通知应用程序。 即可以理解为，read/write方法都是异步的，完成后会主动调用回调函数。 在JDK1.7中，这部分内容被称作NIO.2，主要在Java.nio.channels包下增加了下面四个异步通道：
- AsynchronousSocketChannel
- AsynchronousServerSocketChannel
- AsynchronousFileChannel
- AsynchronousDatagramChannel
在AIO socket编程中，服务端通道是AsynchronousServerSocketChannel，这个类提供了一个open()静态工厂，一个bind()方法用于绑定服务端IP地址（还有端口号），另外还提供了accept()用于接收用户连接请求。在客户端使用的通道是AsynchronousSocketChannel,这个通道处理提供open静态工厂方法外，还提供了read和write方法。
在AIO编程中，发出一个事件（accept read write等）之后要指定事件处理类（回调函数），AIO中的事件处理类是CompletionHandler<V,A>，这个接口定义了如下两个方法，分别在异步操作成功和失败时被回调。
void completed(V result, A attachment);
void failed(Throwable exc, A attachment);
单工 半双工 双工通信
单工通信（simplex）
只支持信号在一个方向上传输
适用：数据收集系统，如气象数据收集 话费收集的集中计算等
半双工通信（half-duplex）
允许信号在两个方向上传输，但某一时刻只允许在一个信道上单向传输
适用：问讯 检索 科学计算等数据通信系统 如对讲机
全双工通信（dull-duplex）
允许数据同时在两个方向上传输，既有两个信道
适用：如计算机 手机 电话通信
未完待续。。。
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