java NIO 总结
Java NIO 由以下几个核心部分组成:
- Channels
- Buffers
- Selectors
Channel 和 Buffer
基本上,所有的 IO 在NIO 中都从一个Channel 开始。Channel 有点象流。 数据可以从Channel读到Buffer中,也可以从Buffer 写到Channel中。这里有个图示:
Channel和Buffer有好几种类型。下面是JAVA NIO中的一些主要Channel的实现:
- FileChannel
- DatagramChannel
- SocketChannel
- ServerSocketChannel
Selector
Selector允许单线程处理多个 Channel。如果你的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。
这是在一个单线程中使用一个Selector处理3个Channel的图示:
要使用Selector,得向Selector注册Channel,然后调用它的select()方法。这个方法会一直阻塞到某个注册的通道有事件就绪。一旦这个方法返回,线程就可以处理这些事件,事件的例子有如新连接进来,数据接收等。
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。
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。
Buffer
Java NIO中的Buffer用于和NIO通道进行交互。如你所知,数据是从通道读入缓冲区,从缓冲区写入到通道中的。
缓冲区本质上是一块可以写入数据,然后可以从中读取数据的内存。这块内存被包装成NIO Buffer对象,并提供了一组方法,用来方便的访问该块内存。
Buffer的基本用法
使用Buffer读写数据一般遵循以下四个步骤:
- 写入数据到Buffer
- 调用
flip()
方法 - 从Buffer中读取数据
- 调用
clear()
方法或者compact()
方法
当向buffer写入数据时,buffer会记录下写了多少数据。一旦要读取数据,需要通过flip()方法将Buffer从写模式切换到读模式。在读模式下,可以读取之前写入到buffer的所有数据。
一旦读完了所有的数据,就需要清空缓冲区,让它可以再次被写入。有两种方式能清空缓冲区:调用clear()或compact()方法。clear()方法会清空整个缓冲区。compact()方法只会清除已经读过的数据。任何未读的数据都被移到缓冲区的起始处,新写入的数据将放到缓冲区未读数据的后面。
int
bytesRead = inChannel.read(buf);
//read into buffer.
bytesRead 这个值为 channel写入buffer,偏移值,
- 当为 -1,说明说明客户端的数据发送完毕,并且主动的close socket
- 当为 0 ,是某一时刻socketChannel中当前(注意是当前)没有数据可以读,这时会返回0,最后一种情况就是客户端的数据发送完毕了(注意看后面的程序里有这样子的代码),这个时候客户端想获取服务端的反馈调用了recv函数,若服务端继续read,这个时候就会返回0。
- 当为 其他, 说明buffer的当前limit
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);
这是分配一个可存储1024个字符的CharBuffer:
CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(1024);
向Buffer中写数据
写数据到Buffer有两种方式:
- 从Channel写到Buffer。
- 通过Buffer的put()方法写到Buffer里。
从Channel写到Buffer的例子
int bytesRead = inChannel.read(buf); //read into buffer.
通过buffer.put() 方法
buf.put(127);
从Buffer中读取数据
从Buffer中读取数据有两种方式:
- 从Buffer读取数据到Channel。
- 使用get()方法从Buffer中读取数据。
从Buffer读取数据到Channel的例子:
//read from buffer into channel.
int bytesWritten = inChannel.write(buf);
使用get()方法从Buffer中读取数据的例子
byte aByte = buf.get();
channel 的read 和 write 是针对channel 本身而言的, read() 就是往channel里写数据,write() 就是channel 往buffer 中写数据.
get方法有很多版本,允许你以不同的方式从Buffer中读取数据。例如,从指定position读取,或者从Buffer中读取数据到字节数组。更多Buffer实现的细节参考JavaDoc。
flip()方法
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。
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。
Selector的创建
通过调用Selector.open()方法创建一个Selector,如下:
Selector selector = Selector.open();
向Selector注册通道
为了将Channel和Selector配合使用,必须将channel注册到selector上。通过SelectableChannel.register()方法来实现,如下: