Java NIO(New IO)

文章目录

NIO简介
缓冲区Buffer
- capacity属性
- position属性
- limit属性
通道Channel
- 常用通道
- 和Buffer的联系
- 常用方法
选择器Selector
实战

NIO简介

Java NIO属于IO多路复用模型，NIO是面向缓冲区。数据读取到一个它稍后处理的缓冲区，需要时可在缓冲区中前后移动，这就增加了处理过程中的灵活性，使用它可以提供非阻塞式的高伸缩性网络，Java NIO的非阻塞模式，使一个线程从某通道发送请求或者读取数据，但是它仅能得到目前可用的数据，如果目前没有数据可用时，就什么都不会获取，而不是保持线程阻塞，所以直至数据变的可以读取之前，该线程可以继续做其他的事情。非阻塞写也是如此，一个线程请求写入一些数据到某通道，但不需要等待它完全写入，这个线程同时可以去做别的事情。NIO可以做到用一个线程来处理多个操作的。假设有10000个请求过来,根据实际情况，可以分配50或者100个线程来处理。不像之前的阻塞IO那样，非得分配10000个。它类库包含以下三个核心组件：

Channel（通道）
Buffer（缓冲区）
Selector（选择器）

缓冲区Buffer

通道的读取，就是将数据从通道读取到缓冲区中
通道的写入，就是将数据从缓冲区写入通道中

NIO的Buffer内部是一个内存块（数组），与普通的内存块（Java数组）不同的是：NIO Buffer对象提供了一组比较有效的方法，用来进行写入和读取的交替访问。

capacity属性

Buffer类的capacity属性表示内部容量的大小。一旦写入的对象数量超过了capacity，缓冲区就满了，不能再写入了。capacity并不是指内部的内存块byte[]数组的字节数量，而是指能写入的数据对象的最大限制数量。

position属性

Buffer类的position属性表示当前的位置。在刚进入写模式时，position值为0，表示当前的写入位置为从头开始。初始的position值为0，最大可写值为limit-1。读模式时，position会被重置为0。

limit属性

在写模式下，limit属性值的含义为可以写入的数据最大上限。在刚进入写模式时，limit的值会被设置成缓冲区的capacity值，表示可以一直将缓冲区的容量写满。

在读模式下，limit值的含义为最多能从缓冲区读取多少数据。

public class BasicBuffer {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建缓冲区，可以存3个int类型的数据
        IntBuffer intBuffer = IntBuffer.allocate(3);

        for (int i = 0; i < intBuffer.capacity(); i++) {
            intBuffer.put(i * 1); // 一共3个int类型数据
        }

        // 切换到读模式
        intBuffer.flip();

        while (intBuffer.hasRemaining()) {
            System.out.println(intBuffer.get());
        }
    }

}

通道Channel

在NIO中，一个网络连接使用一个通道表示，所有NIO的IO操作都是通过连接通道完成的。一个通道类似于OIO中输入流和输出流的结合体，既可以从通道读取数据，也可以向通道写入数据。Java NIO中一个socket连接使用一个Channel来表示。从更广泛的层面来说，一个通道可以表示一个底层的文件描述符，例如硬件设备、文件、网络连接等。然而，远不止如此，Java NIO的通道可以更加细化。例如，不同的网络传输协议类型，在Java中都有不同的NIO Channel实现。

常用通道

FileChannel：文件通道，用于文件的数据读写。
SocketChannel：套接字通道，用于套接字TCP连接的数据读写。
ServerSocketChannel：服务器套接字通道（或服务器监听通道），允许我们监听TCP连接请求，为每个监听到的请求创建一个SocketChannel通道。
DatagramChannel：数据报通道，用于UDP的数据读写。

和Buffer的联系

常用方法

read() 从通道读取数据并写入缓冲区
write() 把缓冲区的数据读出来并写入到通道中

read()读取通道的数据时，对于通道来说是读模式（方法的使用者为动作操作者），对于ByteBuffer缓冲区来说是写入数据，这时ByteBuffer缓冲区处于写模式

选择器Selector

从模型意义上讲，选择器就是避免了通道准备数据过程中，程序代码被阻塞，当通道注册到选择中后，数据准备好后可以通知做相关业务。所以单独线程可以管理多个输入和输出通道。

通道和选择器之间的关联通过register（注册）的方式完成，可供选择器监控的通道IO事件（这里的IO事件不是对通
道的IO操作，而是通道处于某个IO操作的就绪状态，表示通道具备执行某个IO操作的条件）类型包括以下四种：

可读：SelectionKey.OP_READ
可写：SelectionKey.OP_WRITE
连接：SelectionKey.OP_CONNECT
接收：SelectionKey.OP_ACCEPT

并不是所有的通道都是可以被选择器监控或选择的。例如，FileChannel就不能被选择器复用。注册到选择器的通道必须处于非阻塞模式下，否则将抛出IllegalBlockingModeException异常。

实战

package nio;

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Iterator;



public class DisCardServer {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1.创建选择器
        Selector selector = Selector.open();
        // 2.创建通道
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        // 3.将通道设置为非阻塞
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
        // 4.绑定链接
        serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(18899));
        // 5.将通道注册的“接收新连接”IO事件注册到选择器上
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
        // 6.轮询感兴趣的IO就绪事件（选择键集合）
        while (selector.select() > 0) {
            //7.获取选择键集合
            Iterator selectionKeys = selector.selectedKeys().iterator();
            while (selectionKeys.hasNext()) {
                // 8.获取单个的选择键，并处理
                SelectionKey selectionKey = selectionKeys.next();
                
                if (selectionKey.isAcceptable()) {
                    // 10.若选择键的IO事件是“连接就绪”，就获取客户端连接
                    SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
                    // 11.将新连接切换为非阻塞模式
                    socketChannel.configureBlocking(false);
                    // 12.将新连接的通道的可读事件注册到选择器上
                    socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                } else if (selectionKey.isReadable()) {
                    // 13.若选择键的IO事件是“可读”，则读取数据
                    SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) selectionKey.channel();
                    // 14.读取数据，然后丢弃
                    ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                    int length = 0;
                    while ((length = socketChannel.read(byteBuffer)) > 0) { // channel.read(buf)读取通道的数据时，对于通道来说是读模式，对于ByteBuffer缓冲区来说是写入数据，这时ByteBuffer缓冲区处于写模式
                        byteBuffer.flip();
                        byteBuffer.clear();
                    }
                    socketChannel.close();
                }
                // 15.移除选择键
                selectionKeys.remove();
            }
            // 16.关闭连接
            serverSocketChannel.close();
        }
    }

}

package nio;

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SocketChannel;



public class DisCardClient {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        InetSocketAddress address =new InetSocketAddress("127.0.0.1",18899);
        // 1.获取通道
        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(address);
        // 2.切换成非阻塞模式
        socketChannel.configureBlocking(false);
        // 不断地自旋、等待连接完成，或者做一些其他的事情
        while (!socketChannel.finishConnect()) {
        }
        // 3.分配指定大小的缓冲区
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        byteBuffer.put("hello world".getBytes());
        byteBuffer.flip();
        // 发送到服务器
        socketChannel.write(byteBuffer);
        socketChannel.shutdownOutput();
        socketChannel.close();
    }

}

Java NIO(New IO)

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