Java NIO

I/O简介　

　　I/O问题可以说是当今web应用中所面临的的主要问题之一，大部分的web应用系统的瓶颈都是I/O瓶颈。这个系列主要介绍JAVA的I/O类库基本架构、磁盘I/O工作机制、网络I/O工作机制以及NIO的工作方式。

BIO（Block IO）和Nio（Non-Block IO）的对比

IO模式	BIO	NIO
方式	从磁盘到磁盘	从缓存到磁盘
通信	流	缓存（多级复用）
处理	阻塞	非阻塞（Reactor）
触发	无	选择器轮询机制

 

从1.4版本开始JAVA引入了NIO，用来提升I/O性能。I/O操作类在包java.io下，大概有将近80个类

这些类可以分为如下四组：

　　基于字节操作的I/O接口：InputStream和OutputStream

　　基于字符操作的I/O接口：Reader和Writer

　　基于磁盘操作的I/O接口：File

　　基于网络操作的I/O接口：Socket

前两组是传输数据的格式，后两组是传输数据的方式

核心组件

核心组件	定义	作用	特点	使用
通道 (Channel)	NIO数据的源头/目的地 (Buffer的唯一接口)	向缓存提供数据 读取换区的数据	双向读写，异步读写 数据来源/流向 总是Buffer	根据来源区别： FileChannel：从文件 DataChannel：从UDP网络数据 SocketChannel: ServerSocketChannel
缓存 （Buffer）	NIO数据读/写中转地 （一块完整的内存块）	数据缓存	适用于处布尔外基本数据类型	7种基本数据类型
选择器 （Selector）	异步IO核心类	实现异步非阻塞IO	使用一个Selector线程检测1个/多个 通道channel上的事件，给予事件驱动 分发不需要为每个channel去分配一个线程	1、创建Selector对象 2、箱Slector注册通道Channel 2、调用Selector类中select()方法

一、Buffer缓存区

1） Buffer介绍： 缓冲区，本质就是一个数组，但是它是特殊的数组，缓冲区对象内置了一些机制，能够追踪和记录缓冲区的状态变化情况，如果我们使用get方法从   缓冲区中获取数据或者用put方法吧数据写入缓冲区，都会引起缓冲区的状态变化
在缓冲区中，最重要的属性是如下三个，他们一起合作完成了对缓冲区内容状态的变化跟踪
1）position：指定了下一个将要被写入或者读取的元素索引，它的值由get()/put() 方法自动更新，在新创建一个Buffer对象时，position被初始化为0
2）limit：操作缓冲区的可操作空间和可操作范围，指定还有多少数据需要去除，或者还有多少空间可以放入数据
3）capacity：指定了可以存储在缓冲区中的最大数据容量，实际上，它指定了底层数组的大小，或者至少是指定了准许我们使用的底层数组的容量。

以上三个属性值之间有一些相对的大小的关系：0<=position<=limit<=capacity

package com.Allen.buffer;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.IOException;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class testBufferDemo01 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        String fileURL="F://a.txt";
        FileInputStream fis=new FileInputStream(fileURL);
        //获取通路
        FileChannel channel=fis.getChannel();
        //定义缓冲区大小
        ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(10);
        output("init", buffer);
        //先读
        channel.read(buffer);
        output("read", buffer);
        buffer.flip();
        output("flip", buffer);        
        while (buffer.hasRemaining()) {
            byte b=buffer.get();
        }
        output("get", buffer);
        buffer.clear();
        output("clear", buffer);
        fis.close();
    }
    
    public static void output(String string,ByteBuffer buffer){
        System.out.println(string);
        System.out.println(buffer.capacity()+":"+buffer.position()+":"+buffer.limit());
    }
}

二、Channel（通路）

任何时候读取数据，都不是直接从通道中读取，而是从通道读取到缓冲区，所以使用NIO读取数据可以分成下面三个步骤
1）从FileInputStream获取Channel
2）创建Buffer
3）将数据从Channel 读取到Buffer中

package com.allen.test;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class testNio {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        String oldFileUrl="E://1.txt";
        String newFileUrl="E://2.txt";
        FileInputStream fis=new FileInputStream(oldFileUrl);
　　　　 //1、获取Channel
        FileChannel inChannel=fis.getChannel();
　　　　 //2、创建Buffer
        ByteBuffer bf=ByteBuffer.allocate(1024);
        FileOutputStream fos=new FileOutputStream(newFileUrl);
        FileChannel outChannel=fos.getChannel();
        while(true){
            int eof=inChannel.read(bf);
            if(eof==-1){
                break;
            }else{
                bf.flip();
　　　　　//3、把数据写入缓存
                outChannel.write(bf);
                bf.clear();
            }
        }
        inChannel.close();
        fis.close();
        outChannel.close();
        fos.close();    
    }
}

三、Selector（选择器）

　　Selector 一般称 为选择器 ，也即多路复用器 。它是Java NIO核心组件中的一个，用于检查一个或多个NIO Channel（通道）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。

　　 使用Selector的好处： 使用更少的线程来就可以来处理通道了， 相比使用多个线程，避免了线程上下文切换带来的开销。

 // 1. 创建Selector对象   
 Selector sel = Selector.open();

 // 2. 向Selector对象绑定通道   
 // a. 创建可选择通道，并配置为非阻塞模式   
 ServerSocketChannel server = ServerSocketChannel.open();   
 server.configureBlocking(false);   
 
 // b. 绑定通道到指定端口   
 ServerSocket socket = server.socket();   
 InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(port);   
 socket.bind(address);   
 
 // c. 向Selector中注册感兴趣的事件   
 server.register(sel, SelectionKey.OP_ACCEPT);    
 return sel;

// 3. 处理事件
try {    
    while(true) { 
        // 该调用会阻塞，直到至少有一个事件就绪、准备发生 
        selector.select(); 
        // 一旦上述方法返回，线程就可以处理这些事件
        Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys(); 
        Iterator<SelectionKey> iter = keys.iterator(); 
        while (iter.hasNext()) { 
            SelectionKey key = (SelectionKey) iter.next(); 
            iter.remove(); 
            process(key); 
        }    
    }    
} catch (IOException e) {    
    e.printStackTrace();   
}

总结nio工作原理

1）由一个专门的线程去处理所有的io事件并且负责分发
2）事件驱动机制，时间到的时候触发，而不是同步地去监听事件
3）线程通信，线程之间通过wait，notify等方式通信，保证每次上下文切换都是有意义的，减少无畏的线程切换。