java-NIO梳理

1. 前言

新IO或非阻塞IO，是一种同步非阻塞的I/O模型，也是I/O多路复用的基础，NIO几个异于传统java IO特点：
1. 从面向流的字节处理到面向缓冲区的数据块处理
2. 基于Selector实现可I/O多路复用
3. 基于Channel可双向传输数据
4. 其它一些高级特性：管道之间数据传输、零拷贝等。

Java NIO 几个核心组件：

Channels（通道）
Buffers（缓冲区）
Selector

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2. 缓冲Buffer

主要Buffer：

ByteBuffer
CharBuffer
DoubleBuffer
FloatBuffer
IntBuffer
LongBuffer
ShortBuffer

2.1 整体类图

只画出涉及的部分类类图，图中斜体的类都是抽象类

这里写图片描述

Buffer是所有类型缓冲区的父类，根据java的基本类型扩展出了不同类型的缓冲区：ByteBuffer,CharBuffer,DoubleBuffer,FloatBuffer,IntBuffer,LongBuffer,ShortBuffer,它们的实现类一般都为HeapXXXBuffer，当使用XXXBuffer.allocate()方法进行分配时就是创建HeapXXXBuffer对象。说明一下缓冲区中几个比较基础、关键的属性：

hb：不同类型缓冲对应的数组，例如char[],byte[]等，用来存放缓冲的数据
capacity：hb数组的大小，即缓冲区可以存放元素最大数目
position：记录下一个即将要读取或者写入的元素的位置，因为通道是双向的，所以它表示两种含义
limit：第一个不应该读取或写入的元素的索引位置。例如缓冲区有5个元素[0,1,2,3,4]，读取时，limit=position(调用flip())；写入时，limit=capacity(分配缓冲区时)
mark：临时记录position，通过reset()来将position恢复回mark

2.2 缓冲区规则

0<=mark<=position<=limit<=capacity

对缓冲区的一些操作都需要满足以上规则，有些特殊的除外，例如get(int index)这个操作直接在index位置读取一个元素，正常情况下，读取元素的位置应该position.

2.3 实现逻辑

缓冲区的实现最终就是对缓冲区中的数组进行操作管理。

向缓冲区写入数据

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创建一个容量为10的缓冲区，并向其中插入5个元素(data0-4),这个时候position则指向数组索引为5的位置，而limit指向越界的数组索引10，因为0-9都属性数组范围，可以被写入数据。

从缓冲区读取数据

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接着上面写入了5个元素后，现在想从缓冲区中读取写入的元素(一般都是缓冲区满了才会把里面的元素读取出来)。此时通过flip()方法从写入模式切换到读取模式。当然也可以结合get(int index)方法循环读取数组hb的所有元素。

2.4 常用操作

创建缓冲区

ByteBuffer.allocate(int capacit); //指定容量
ByteBuffer.wrap(byte[] array);  //通过已有数组

往缓冲区写数据

Channel.read(ByteBuffer buffer); //从通道读取数据到缓冲区
put(byte v);    //往缓冲区写入一个元素，position位置
put(byte[] src, int offset, int length) //写入一个数组
put(int i, byte x); //在第i位置写入元素x
put(ByteBuffer src);    //把一个缓冲区src写到另一个缓冲区

向缓冲区读数据

Channel.write(ByteBuffer buffer); //从Buffer读取数据到Channel
get();//获取position位置元素
get(int i); //获取位置i的元素
get(byte[] dst, int offset, int length);//读取数据并写到dst数组中
getXXX(); //读取元素并包装成char,int,long等类型

写入模式切换到读取模式flip()

    limit = position; //最多读limit以前的元素
    position = 0; //从第一个元素开始读取

重读缓冲区rewind()

    position = 0;   //重置position
    mark = -1;  //抛弃之前的mark

清空缓冲区clear()

有时缓冲区满后，需要进行清除才能继续住里写数据，这个操作将会清空之前缓冲区里的数据，无论是已经读取还是未读取的。
```
    position = 0;
    limit = capacity;
    mark = -1;
```
压缩缓冲区compact()

将未读取的数据复制到缓冲区的头部，并调整position,limit为适当的值，不像clear()把整个缓冲区清空。
标记位置mark()

简单地记录下position的值：mark=position
重置位置reset()

根据之前的标记mark重置position:position=mark

2.5 使用步骤

首先分配缓冲区大小:ByteBuffer.allocate(1024)
写入(通过通道)数据到Buffer：channel.read(buffer)
调用flip()方法：将Buffer从写模式切换到读模式，其实就是调整position,limit值
从Buffer中读取数据
调用clear()方法或者compact()方法：清空整个缓冲区&&清除已经读过的数据，然后再回到步骤2

3. 通道Channel

通道表示到实体，如硬件设备、文件、网络套接字或可以执行一个或多个不同 I/O 操作（如读取或写入）的程序组件的开放的连接。

主要Channel

FileChannel：从文件中读写数据
DatagramChannel：通过UDP读写网络中的数据
SocketChannel：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。

以操作对象来区别，则分为两大类：文件通道以及socket通道。
Socket通道有三个，分别是ServerSocketChannel、SocketChannel和DatagramChannel，而它们又分别对应java.net包中的Socket对象ServerSocket、Socket和DatagramSocket；Socket通道被实例化时，都会创建一个对等的Socket对象。Socket通道可以运行非阻塞模式并且是可选择的，非阻塞I/O与可选择性是紧密相连的，这也正是管理阻塞的API要在 SelectableChannel中定义的原因。设置非阻塞非常简单，只要调用configureBlocking(false)方法即可。如果需要中途更改阻塞模式，那么必须首先获得blockingLock()方法返回的对象的锁。