Java NIO

一、NIO的概念

Java NIO(New IO)是一个可以替代标准Java IO API的IO API(从Java1.4开始)，Java NIO提供了与标准IO不同的IO工作方式。所以Java NIO是一种新式的IO标准，与之间的普通IO的工作方式不同。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，或者从缓冲区写入通道也类似。由上面的定义就说明NIO是一种新型的IO，但NIO不仅仅就是等于Non-blockingIO（非阻塞IO），NIO中有实现非阻塞IO的具体类，但不代表NIO就是NonblockingIO（非阻塞IO）。

Java NIO 由以下几个核心部分组成：Buffer，Channel，Selector

传统的IO操作面向数据流，意味着每次从流中读一个或多个字节，直至完成，数据没有被缓存在任何地方。NIO操作面向缓冲区，数据从Channel读取到Buffer缓冲区，随后在Buffer中处理数据。

二、Buffer的使用

1，利用Buffer读写数据，通常遵循四个步骤：

1.把数据写入buffer；

2.调用flip；

3.从Buffer中读取数据；

4.调用buffer.clear()

当写入数据到buffer中时，buffer会记录已经写入的数据大小。当需要读数据时，通过flip()方法把buffer从写模式调整为读模式；在读模式下，可以读取所有已经写入的数据。当读取完数据后，需要清空buffer，以满足后续写入操作。清空buffer有两种方式：调用clear()，一旦读完Buffer中的数据，需要让Buffer准备好再次被写入，clear会恢复状态值，但不会擦除数据。

2，Buffer的容量，位置，上限（Buffer Capacity, Position and Limit）

buffer缓冲区实质上就是一块内存，用于写入数据，也供后续再次读取数据。这块内存被NIO Buffer管理，并提供一系列的方法用于更简单的操作这块内存。一个Buffer有三个属性是必须掌握的，分别是：

capacity容量

position位置

limit限制

position和limit的具体含义取决于当前buffer的模式。capacity在两种模式下都表示容量。下面有张示例图，描诉了不同模式下position和limit的含义：

容量（Capacity）

作为一块内存，buffer有一个固定的大小，叫做capacity容量。也就是最多只能写入容量值得字节，整形等数据。一旦buffer写满了就需要清空已读数据以便下次继续写入新的数据。

位置（Position）

当写入数据到Buffer的时候需要中一个确定的位置开始，默认初始化时这个位置position为0，一旦写入了数据比如一个字节，整形数据，那么position的值就会指向数据之后的一个单元，position最大可以到capacity-1。当从Buffer读取数据时，也需要从一个确定的位置开始。buffer从写入模式变为读取模式时，position会归零，每次读取后，position向后移动。

上限（Limit）

在写模式，limit的含义是我们所能写入的最大数据量。它等同于buffer的容量。一旦切换到读模式，limit则代表我们所能读取的最大数据量，他的值等同于写模式下position的位置。数据读取的上限时buffer中已有的数据，也就是limit的位置（原position所指的位置）。

分配一个Buffer（Allocating a Buffer）为了获取一个Buffer对象，你必须先分配。每个Buffer实现类都有一个allocate()方法用于分配内存。下面看一个实例,

开辟一个48字节大小的buffer：

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

开辟一个1024个字符的CharBuffer：

CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(1024);

Buffer的实现类

其中MappedByteBuffer比较特殊。Java类库中的NIO包相对于IO 包来说有一个新功能是内存映射文件，日常编程中并不是经常用到，但是在处理大文件时是比较理想的提高效率的手段。

三、Selector使用

Selector是Java NIO中的一个组件，用于检查一个或多个NIO Channel的状态是否处于可读、可写。如此可以实现单线程管理多个channels,也就是可以管理多个网络链接。下面这幅图描述了单线程处理三个channel的情况：

创建Selector(Creating a Selector)。创建一个Selector可以通过Selector.open()方法：

Selector selector = Selector.open();

注册Channel到Selector上：

channel.configureBlocking(false);

SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

channel状态，有四种基础类型可供监听：

Connect     Accept      Read     Write

上述的四种就绪状态用SelectionKey中的常量表示如下：

SelectionKey.OP_CONNECT

SelectionKey.OP_ACCEPT

SelectionKey.OP_READ

SelectionKey.OP_WRITE

如果对多个事件感兴趣可利用位的或运算结合多个常量，比如：

int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;

从Selector中选择channel(Selecting Channels via a Selector)

一旦我们向Selector注册了一个或多个channel后，就可以调用select来获取channel。select方法会返回所有处于就绪状态的channel。

selectedKeys()

在调用select并返回了有channel就绪之后，可以通过选中的key集合来获取channel，这个操作通过调用selectedKeys()方法：Set selectedKeys = selector.selectedKeys();

完整的Selector案例