NIO详解

1、BIO与NIO

IO(BIO)和NIO区别:其本质就是阻塞和非阻塞的区别

• 阻塞概念:应用程序在获取网络数据的时候,如果网络传输数据很慢，就会一直等待,直到传输完毕为止。

• 非阻塞概念:应用程序直接可以获取已经准备就绪好的数据,无需等待。

• IO为同步阻塞形式,NIO为同步非阻塞形式,NIO并没有实现异步,在JDK1.7后升级NIO库包，支持异步非阻塞
  同学模型NIO2.0(AIO)

• BIO：同步阻塞式IO，服务器实现模式为一个连接一个线程，即客户端有连接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理，如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销，当然可以通过线程池机制改善。

• NIO：同步非阻塞式IO，服务器实现模式为一个请求一个线程，即客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器上，多路复用器轮询到连接有I/O请求时才启动一个线程进行处理。

• AIO(NIO.2)：异步非阻塞式IO，服务器实现模式为一个有效请求一个线程，客户端的I/O请求都是由OS先完成了再通知服务器应用去启动线程进行处理。

• 同步时，应用程序会直接参与IO读写操作,并且我们的应用程序会直接阻塞到某一个方法上,直到数据准备就绪:或者采用轮训的策略实时检查数据的就绪状态,如果就绪则获取数据.

• 异步时,则所有的IO读写操作交给操作系统,与我们的应用程序没有直接关系，我们程序不需要关系IO读写，当操作系统完成了IO读写操作时,会给我们应用程序发送通知,我们的应用程序直接拿走数据极即可。

2、NIO概述

什么是NIO?

• Java NIO(New IO)是一个可以替代标准Java IO API的IO API（从Java 1.4开始)，Java NIO提供了与标准IO不同的IO工作方式。
• Java NIO: Channels and Buffers（通道和缓冲区）
  标准的IO基于字节流和字符流进行操作的，而NIO是基于通道（Channel）和缓冲区（Buffer）进行操作，数据总是从通道读取到缓冲区中，或者从缓冲区写入到通道中。
• Java NIO: Non-blocking IO（非阻塞IO）
  Java NIO可以让你非阻塞的使用IO，例如：当线程从通道读取数据到缓冲区时，线程还是可以进行其他事情。当数据被写入到缓冲区时，线程可以继续处理它。从缓冲区写入通道也类似。
• Java NIO: Selectors（选择器）
  Java NIO引入了选择器的概念，选择器用于监听多个通道的事件（比如：连接打开，数据到达）。因此，单个的线程可以监听多个数据通道。
  注意:传统IT是单向。 NIO类似

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• Buffer的数据存取
  一个用于特定基本数据类行的容器。有java.nio包定义的，所有缓冲区都是抽象类Buffer的子类。
  Java NIO中的Buffer主要用于与NIO通道进行交互，数据是从通道读入到缓冲区，从缓冲区写入通道中的。
  Buffer就像一个数组，可以保存多个相同类型的数据。根据类型不同（boolean除外），有以下Buffer常用子类：
  • ByteBuffer
  • CharBuffer
  • ShortBuffer
  • IntBuffer
  • LongBuffer
  • FloatBuffer
  • DoubleBuffer

• Buffer的概述
  1）容量（capacity）：表示Buffer最大数据容量，缓冲区容量不能为负，并且建立后不能修改。
  2）限制（limit）：第一个不应该读取或者写入的数据的索引，即位于limit后的数据不可以读写。缓冲区的限制不能为负，并且不能大于其容量（capacity）。
  3）位置（position）：下一个要读取或写入的数据的索引。缓冲区的位置不能为负，并且不能大于其限制（limit）。
  4）标记（mark）与重置（reset）：标记是一个索引，通过Buffer中的mark()方法指定Buffer中一个特定的position，之后可以通过调用reset()方法恢复到这个position。

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• make与rest用法
  标记（mark）与重置（reset）：标记是一个索引，通过Buffer中的mark()方法指定Buffer中一个特定的position，之后可以通过调用reset()方法恢复到这个position。

• 直接缓冲区与非直接缓冲区别

  • 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

  • 直接缓冲区：通过 allocateDirect() 方法分配直接缓冲区，将缓冲区建立在物理内存中。可以提高效率。

  • 字节缓冲区要么是直接的，要么是非直接的。如果为直接字节缓冲区，则 Java 虚拟机会尽最大努力直接在此缓冲区上执行本机 I/O 操作。也就是说，在每次调用基础操作系统的一个本机 I/O 操作之前（或之后），虚拟机都会尽量避免将缓冲区的内容复制到中间缓冲区中（或从中间缓冲区中复制内容）。

  • 直接字节缓冲区可以通过调用此类的 allocateDirect() 工厂方法来创建。此方法返回的缓冲区进行分配和取消分配所需成本通常高于非直接缓冲区。直接缓冲区的内容可以驻留在常规的垃圾回收堆之外，因此，它们对应用程序的内存需求量造成的影响可能并不明显。所以，建议将直接缓冲区主要分配给那些易受基础系统的本机 I/O 操作影响的大型、持久的缓冲区。一般情况下，最好仅在直接缓冲区能在程序性能方面带来明显好处时分配它们。

  • 直接字节缓冲区还可以通过 FileChannel 的 map() 方法 将文件区域直接映射到内存中来创建。该方法返回MappedByteBuffer 。 Java 平台的实现有助于通过 JNI 从本机代码创建直接字节缓冲区。如果以上这些缓冲区中的某个缓冲区实例指的是不可访问的内存区域，则试图访问该区域不会更改该缓冲区的内容，并且将会在访问期间或稍后的某个时间导致抛出不确定的异常。

  • 字节缓冲区是直接缓冲区还是非直接缓冲区可通过调用其 isDirect() 方法来确定。提供此方法是为了能够在性能关键型代码中执行显式缓冲区管理。

非直接缓冲区：

直接缓冲区：

public class DirectCache {

    public static void main(String[] args) {
        DirectCache directCache = new DirectCache();
        try {
            directCache.test2();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    // 使用直接缓冲区完成文件的复制(内存映射文件)
    static public void test2() throws IOException {  // 28
        long start = System.currentTimeMillis();
        FileChannel inChannel = FileChannel.open(Paths.get("/Users/kevin/Desktop/互动电视接口文档.docx"), StandardOpenOption.READ);
        FileChannel outChannel = FileChannel.open(Paths.get("/Users/kevin/Desktop/互动电视接口文档2.docx"), StandardOpenOption.WRITE,
                StandardOpenOption.READ, StandardOpenOption.CREATE);
        // 内存映射文件
        MappedByteBuffer inMappedByteBuf = inChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, inChannel.size());
        MappedByteBuffer outMappedByteBuffer = outChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, inChannel.size());
        // 直接对缓冲区进行数据的读写操作
        byte[] dsf = new byte[inMappedByteBuf.limit()];
        inMappedByteBuf.get(dsf);
        outMappedByteBuffer.put(dsf);
        inChannel.close();
        outChannel.close();
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(end - start);
    }

    // 1.利用通道完成文件的复制(非直接缓冲区)
    static public void test1() throws IOException { // 39

        long start = System.currentTimeMillis();
        FileInputStream fis = new FileInputStream("/Users/kevin/Desktop/互动电视接口文档.docx");
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream("/Users/kevin/Desktop/互动电视接口文档2.docx");
        // ①获取通道
        FileChannel inChannel = fis.getChannel();
        FileChannel outChannel = fos.getChannel();
        // ②分配指定大小的缓冲区
        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
        while (inChannel.read(buf) != -1) {
            buf.flip();// 切换为读取数据
            // ③将缓冲区中的数据写入通道中
            outChannel.write(buf);
            buf.clear();
        }
        outChannel.close();
        inChannel.close();
        fos.close();
        fis.close();
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(end - start);
    }
}

• 分散读取与聚集写入
  • 分散读取(scattering Reads)：将通道中的数据分散到多个缓冲区中
  • 聚集写入(gathering Writes)：将多个缓冲区的数据聚集到通道中
• 字符集 Charset
  • 编码：字符串->字节数组
  • 解码：字节数组 -> 字符串