Java的NIO
Java NIO（New IO）是从Java 1.4版本开始引入的一个新的IO API，可以替代标准的Java IO API。
一、 Java NIO和IO的主要区别
下表总结了Java NIO和IO之间的主要差别，我会更详细地描述表中每部分的差异。
| IO | NIO |
|---|---|
| Stream oriented | Buffer oriented |
| Blocking IO | Non blocking IO |
| Selectors |
1、 面向流与面向缓冲
Java NIO和IO之间第一个最大的区别是，IO是面向流的，NIO是面向缓冲区的。 Java IO面向流意味着每次从流中读一个或多个字节，直至读取所有字节，它们没有被缓存在任何地方。此外，它不能前后移动流中的数据。如果需要前后移动从流中读取的数据，需要先将它缓存到一个缓冲区。 Java NIO的缓冲导向方法略有不同。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。但是，还需要检查是否该缓冲区中包含所有您需要处理的数据。而且，需确保当更多的数据读入缓冲区时，不要覆盖缓冲区里尚未处理的数据。
2、 阻塞与非阻塞IO
Java IO的各种流是阻塞的。这意味着，当一个线程调用read() 或 write()时，该线程被阻塞，直到有一些数据被读取，或数据完全写入。该线程在此期间不能再干任何事情了。 Java NIO的非阻塞模式，使一个线程从某通道发送请求读取数据，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。 线程通常将非阻塞IO的空闲时间用于在其它通道上执行IO操作，所以一个单独的线程现在可以管理多个输入和输出通道（channel）。
3、 选择器
Java NIO的选择器允许一个单独的线程来监视多个输入通道，你可以注册多个通道使用一个选择器，然后使用一个单独的线程来“选择”通道：这些通道里已经有可以处理的输入，或者选择已准备写入的通道。这种选择机制，使得一个单独的线程很容易来管理多个通道。
4、使用场景
NIO可让您只使用一个（或几个）单线程管理多个通道（网络连接或文件），但付出的代价是解析数据可能会比从一个阻塞流中读取数据更复杂。
NIO
如果需要管理同时打开的成千上万个连接，这些连接每次只是发送少量的数据，例如聊天服务器，实现NIO的服务器可能是一个优势。同样，如果你需要维持许多打开的连接到其他计算机上，如P2P网络中，使用一个单独的线程来管理你所有出站连接，可能是一个优势。一个线程多个连接的设计方案如下图所示：
IO
如果你有少量的连接使用非常高的带宽，一次发送大量的数据，也许典型的IO服务器实现可能非常契合。下图说明了一个典型的IO服务器设计：
二、NIO的使用
Java NIO 由以下几个核心部分组成：
- Channels
- Buffers
- Selectors
NIO的调用过程如下图所示：
1、Buffer(缓冲区)
1.1 Buffer状态
- capacity：作为一个内存块，Buffer有固定的大小值，也叫作“capacity”，只能往其中写入capacity个byte、long、char等类型。一旦Buffer满了，需要将其清空（通过读数据或者清楚数据）才能继续写数据。
- position：当你写数据到Buffer中时，position表示当前的位置。出事的position值为0，当写入一个字节数据到Buffer中后，position会向前移动到下一个可插入数据的Buffer单元。position最大可为capacity-1。当读取数据时，也是从某个特定位置读，讲Buffer从写模式切换到读模式，position会被重置为0。当从Buffer的position处读取一个字节数据后，position向前移动到下一个可读的位置。
- limit：在写模式下，Buffer的limit表示你最多能往Buffer里写多少数据。 写模式下，limit等于Buffer的capacity。当切换Buffer到读模式时， limit表示你最多能读到多少数据。因此，当切换Buffer到读模式时，limit会被设置成写模式下的position值。换句话说，你能读到之前写入的所有数据（limit被设置成已写数据的数量，这个值在写模式下就是position）
1.2 Buffer支持的数据类型
Java NIO 有以下Buffer类型：
- ByteBuffer
- MappedByteBuffer
- CharBuffer
- DoubleBuffer
- FloatBuffer
- IntBuffer
- LongBuffer
- ShortBuffer
如你所见，这些Buffer类型代表了不同的数据类型。换句话说，就是可以通过char，short，int，long，float 或 double类型来操作缓冲区中的字节。
1.3 Buffer的分配
要想获得一个Buffer对象首先要进行分配。 每一个Buffer类都有一个allocate方法。下面是一个分配48字节capacity的ByteBuffer的例子。
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
分配一个可存储1024个字符的CharBuffer：
CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(1024);
1.4 向Buffer中写数据
int bytesRead = inChannel.read(buf); //read into buffer.
使用put方法：
buf.put(127);
put方法有很多版本，允许你以不同的方式把数据写入到Buffer中。
1.5 flip()方法切换模式
flip()方法将Buffer从写模式切换到读模式。调用flip()方法会将position设回0，并将limit设置成之前position的值。
换句话说，position现在用于标记读的位置，limit表示之前写进了多少个byte、char等 —— 现在能读取多少个byte、char等。
1.6 从Buffer中读取数据
使用read从Buffer读取数据到Channel的例子：int bytesWritten = inChannel.write(buf);
或者使用get()方法
byte aByte = buf.get();
get方法有很多版本，允许你以不同的方式从Buffer中读取数据。
1.7 清空buffer
一旦读完Buffer中的数据，需要让Buffer准备好再次被写入。可以通过clear()或compact()方法来完成。
如果调用的是clear()方法，position将被设回0，limit被设置成 capacity的值。换句话说，Buffer 被清空了。Buffer中的数据并未清除，只是这些标记告诉我们可以从哪里开始往Buffer里写数据。
如果Buffer中有一些未读的数据，调用clear()方法，数据将“被遗忘”，意味着不再有任何标记会告诉你哪些数据被读过，哪些还没有。
clear()用于将Buffer从读模式切换成写模式。
如果Buffer中仍有未读的数据，且后续还需要这些数据，但是此时想要先先写些数据，那么使用compact()方法。
compact()方法将所有未读的数据拷贝到Buffer起始处。然后将position设到最后一个未读元素正后面。limit属性依然像clear()方法一样，设置成capacity。现在Buffer准备好写数据了，但是不会覆盖未读的数据。
2、Channel的实现
Java NIO的通道类似流，但又有些不同：
- 既可以从通道中读取数据，又可以写数据到通道。但流的读写通常是单向的。
- 通道可以异步地读写。
- 通道中的数据总是要先读到一个Buffer，或者总是要从一个Buffer中写入。
正如上面所说，从通道读取数据到缓冲区，从缓冲区写入数据到通道。
Java NIO中最通道的分类：
- FileChannel：从文件中读写数据
- DatagramChannel：能通过UDP读写网络中的数据
- SocketChannel：能通过TCP读写网络中的数据
- ServerSocketChannel：可以监听新进来的TCP连接，像Web服务器那样。对每一个新进来的连接都会创建一个SocketChannel
3、完整的Channel+Buffer示例
public class NioTestDemo { public static void main(String[] args) { try{ //将文件打开为流模式 FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(new File("D://a.txt")); //打开源文件流管道 FileChannel readChannel = fileInputStream.getChannel(); //定义缓冲区 ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024); //对流出的地址文件打开流模式 FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(new File("E://a.txt")); //打开目的地文件流管道 FileChannel writeChannel = fileOutputStream.getChannel(); //开始读取 while (true) { //清除缓存区文件，保证缓冲区的干净 buffer.clear(); //源文件数据流入管道，到缓冲区 int len = readChannel.read(buffer); if (len == -1 ) { break; } //位置倒置：下一篇文章重点对BufferAPI介绍 buffer.flip(); //写入文件 writeChannel.write(buffer); } //关闭管道 readChannel.close(); writeChannel.close(); }catch (Exception e){ } } }
4、选择器（Selector）
Selector（选择器）是Java NIO中能够检测一到多个NIO通道，并能够知晓通道是否为诸如读写事件做好准备的组件。这样，一个单独的线程可以管理多个channel，从而管理多个网络连接。假如一个应用打开了多个连接（通道），但每个连接的流量都很低，使用Selector就会很方便。例如，在一个聊天服务器中。
通过Selector监听Channel时对什么事件感兴趣。可以监听四种不同类型的事件：
- Connect
- Accept
- Read
- Write
Selector selector = Selector.open(); channel.configureBlocking(false); SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ); while(true) { int readyChannels = selector.select(); if(readyChannels == 0) continue; Set selectedKeys = selector.selectedKeys(); Iterator keyIterator = selectedKeys.iterator(); while(keyIterator.hasNext()) { SelectionKey key = keyIterator.next(); if(key.isAcceptable()) { // a connection was accepted by a ServerSocketChannel. } else if (key.isConnectable()) { // a connection was established with a remote server. } else if (key.isReadable()) { // a channel is ready for reading } else if (key.isWritable()) { // a channel is ready for writing } keyIterator.remove(); } }
链接：https://www.jianshu.com/p/919a7555991a
