Java NIO回炉

重回东软了，据说可能要做一个跟文件相关的项目，于是决定把Java NIO的内容再捡起来，看看。

为什么要使用NIO，其实在低连接数的情况下，NIO的性能是要低于IO的；但是在高并发的情况下，确实NIO性能好得多；因为IO是会为为每一个连接都分配一个线程/进程进行处理，NIO则只是使用一个线程/进程，通过系统地select机制进行轮询获取请求信息；

默认情况下，设备控制器不能实现DMA（directional Memory Access），去操作user space，但是经过虚拟内存，已经可以实现了；虚拟内存就是将内核空间地址到物理地址的映射（map），供user space使用；

IO的基本概念就是buffer的处理，所谓的input/outputqish1其实就是数据从buffer中放入移出；

进程使用的是user space，发送一个read命令到内核，通过buffer（内存空间）将命令以及命令数据发送到kenal space，kenal space将命令进行处理，从硬盘中去读数据，硬盘通过DMA（不需要经过CPU）直接将数据写入到kernal memory，kernal space再将数据进行重新组装（因为从设备过来的数据data-block，需要kernal space进行处理拆包打包后封装成byte buffer），并拷贝到临时的buffer中发送到user space中；

在现代操作系统中引入了虚拟内存（Virtual Memory）的概念，VM的好处两点：多个虚拟地址空间可以映射到同一个物理内存（比如user space以及kernal space都可以访问物理的内存空间）；虚拟空间可以大于物理内存空间（超出的可以放置到硬盘的交换区）；这样，作为内存，他的定位就是（沦为）物理硬盘的一个缓存，根据需要的内容置换到内存中去；

有了虚拟内存之后，上面介绍的操作中"并拷贝到临时的buffer中发送到user space中"的步骤就可以省略了，因为虚拟地址可以让user space和kernal space共享相同的物理内存地址，只要他们都是访问虚拟地址；userspace也可以访问到kernalspace组装好的bytebuffer；但是因为这样意味着user space可以直接读取设备（比如硬盘）设置的内存空间，所以这意味着需要对于内存进行分页（物理内存以及虚拟内存，一般两者分页大小一样）；通常情况下，每页的大小是block的倍数，每个物理扇片的大小是521btye，内存分页大小为1024,2048以及4096；

在CPU和内存之间其实还有一个组件，称之为MMU，Memory Management Unit，专门用于将虚拟地址转换定位到物理地址，他负责定位对应"页"；当需要的页并不在当前内存中，就会触发一个fault page，如果请求的虚拟地址是在物理硬盘正存放的，那么需要把所需的页从硬盘中取出来放入到内存中；如果请求的地址并不存在，那么，这个进程将会被杀死（kill）；在这个过程中，可能是需要进行置换（stole）一部分当前内存的页到物理硬盘中，这个时候就需要对这些页进行复制然后传入到硬盘中；

其实所谓的"虚拟空间可以大于物理内存空间"是指虚拟空间他自己另外造了一套体系，实现虚拟空间和内存，虚拟空间和硬盘通过页的映射；所以已经不再仅仅局限于物理内存的概念了；物理内存空间的角色更像是虚拟空间的一个物理缓存；

并不是所有的设备都是采用block方式进行传输，比如CD机，打印机端口，网络端口等设备就是采用流（stream）的方式；stream的方式其实速度是比block方式要慢，一般用于间歇性通信情况；对于stream的接受有两种方式，一种是nonblock方式，这种方式是让进程去监听是否有可用的流准备好了（没有，进程可以释放做别的事情，有，进程则专职处理流）；还有一种方式就是readiness selection，操作系统将会被通知，告知有流准备好了，前者是进程主动监控是否有可用流；后者则是通知机制（草莓园与园丁模式）；

MappedByteBuffer使用：

FileInputStream fis = new FileInputStream(sourcePath);

FileOutputStream fos = new FileOutputStream(targetPath);

FileChannel fc = fis.getChannel();

FileChannel out = fos.getChannel();

MappedByteBuffer mbb = fc.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, fc.size());

out.write(mbb);

out.close();

这里需要注意，mbb不需要flip，因为fa.map返回的就是个完美的ByteBuffer；position就是0，limit就是本来长度；如果你使用flip之后，将会导致limit=position=0；到最后ByteBuffer的塌陷；