Java NIO（一）

同步阻塞IO（Blocking IO）：即传统的IO模型。

同步非阻塞IO（Non-blocking IO）：默认创建的socket都是阻塞的，非阻塞IO要求socket被设置为NONBLOCK。注意这里所说的NIO并非Java的NIO（New IO）库。

多路复用IO（IO Multiplexing）：即经典的Reactor设计模式，有时也称为异步阻塞IO，Java中的Selector和Linux中的epoll都是这种模型。

异步IO（Asynchronous IO）：即经典的Proactor设计模式，也称为异步非阻塞IO。 

阻塞式I/O模型：

 非阻塞式I/O模型：

 

 在上图中NIO通过Selector 接受请求连接，如map.put("地址A“, accept),map.put("地址B“，read），map.put("地址C“，write)

当有请求read/write时，才开始建立Channel 建立请求和wirte 通道，并且通过Buffer获取数据块

 

 

多路复用IO模型（JAVA NIO就是采用此模式）

　　在多路复用IO模型中，会有一个线程（Java中的Selector）不断去轮询多个socket的状态，只有当socket真正有读写事件时，才真正调用实际的IO读写操作。因为在多路复用IO模型中，只需要使用一个线程就可以管理多个socket，系统不需要建立新的进程或者线程，也不必维护这些线程和进程，并且只有在真正有socket读写事件进行时，才会使用IO资源，所以它大大减少了资源占用。 （selector 支持对多个socketChannel 监听 ，正因为阻塞I/O只能阻塞一个I/O操作，而I/O复用模型能够阻塞多个I/O操作，所以才叫做多路复用。）

 

 

NIO关键类：

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。（类似于流input  output stram）下面是JAVA NIO中的一些主要Channel的实现：

• 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。　　
• FileChannel比较特殊，它可以与通道进行数据交互， 不能切换到非阻塞模式，套接字通道可以切换到非阻塞模式；

缓冲区 - 本质上是一块可以存储数据的内存，被封装成了buffer对象而已！

这些Buffer覆盖了你能通过IO发送的基本数据类型：byte, short, int, long, float, double 和 char。

缓冲区类型：

• ByteBuffer　　
• MappedByteBuffer　　
• CharBuffer　　
• DoubleBuffer　　
• FloatBuffer　　
• IntBuffer　　
• LongBuffer　　
• ShortBuffer　　

常用方法：

• allocate() - 分配一块缓冲区　　
• put() - 向缓冲区写数据
• get() - 向缓冲区读数据　　
• filp() - 将缓冲区从写模式切换到读模式　　
• clear() - 从读模式切换到写模式，不会清空数据，但后续写数据会覆盖原来的数据，即使有部分数据没有读，也会被遗忘；　　
• compact() - 从读数据切换到写模式，数据不会被清空，会将所有未读的数据copy到缓冲区头部，后续写数据不会覆盖，而是在这些数据之后写数据
• mark() - 对position做出标记，配合reset使用
• reset() - 将position置为标记值　　

缓冲区的一些属性：

• capacity - 缓冲区大小，无论是读模式还是写模式，此属性值不会变；
• position - 写数据时，position表示当前写的位置，每写一个数据，会向下移动一个数据单元，初始为0；最大为capacity - 1切换到读模式时，position会被置为0，表示当前读的位置
• limit - 写模式下，limit 相当于capacity 表示最多可以写多少数据，切换到读模式时，limit 等于原先的position，表示最多可以读多少数据。

选择器：相当于一个观察者，用来监听通道感兴趣的事件，一个选择器可以绑定多个通道；

通道向选择器注册时，需要指定感兴趣的事件，选择器支持以下事件：

• SelectionKey.OP_CONNECT
• SelectionKey.OP_ACCEPT
• SelectionKey.OP_READ
• SelectionKey.OP_WRITE　

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.

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。

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();
  }
}