Java NIO学习（一）NIO相关概念

Netty 与NIO

Netty在各种应用场合听过无数次了，对它的了解也仅局限于知道Netty是一个NIO的框架，可以用于开发分布式的Java程序。网络编程正好也是自己比较薄弱的环节，所以需要好好整理一下散落的知识点，为学习Netty打好基础，所以觉得有必要重新学习一下NIO。

BIO、NIO、AIO

按照以往的认知，NIO是Java4以后才出现的一种非阻塞式IO，这是与之前存在的BIO（Blocking-IO阻塞式IO）相比，字面上最直观的区别。除此之外，NIO最重要的特点是支持异步IO，所以也经常听人把NIO叫做异步IO（虽然不知道这么叫到底好不好。。。）
至于AIO，应该是Java7之后NIO的下一个形态，没用过，在这里就不多提啦。

阻塞&非阻塞

上面讲到了BIO和NIO在性能特点上的一个重要差异，这些概念网上都很好查，所以还是用自己的话说一下这几个概念的理解，也不知道能不能被看官所理解，如果有不恰当的地方希望能够指正。

大家都有去酒店吃饭的经历，吃饭的时候有的时候在大堂，有的时候在包厢。

区别在哪呢？在于服务员。

非阻塞式
如果在大堂吃饭，服务员给你递上菜单，你在点菜的这段时间里，服务员可能就去忙别的事了，比如给其他桌的客人递菜单，或者收拾其他桌客人离开后残留的垃圾。点菜的过程中服务员会时不时的回来问你点好了没有，如果没有，服务员就继续去忙别的事，过一会儿再回来问你。

阻塞式
如果在包厢吃饭，一般一个包厢都会配备一名专门的服务员，负责在席间斟酒和收拾餐盘里的垃圾，除非包厢内的饭局结束，否则这名服务员就一直在包厢内为客人服务。

上面例子里的服务员可以看做访问数据的进程，包厢里的客人是阻塞式的IO操作，因为他们还没吃完饭，缓冲区的数据（包厢资源）还没有被IO处理完毕（客人用餐），进程（服务员）的就必须一直等在那里。
而大厅的客人是非阻塞式的IO操作，缓冲区的数据（点餐服务）还没有被IO处理完毕（客人点餐），进程（服务员）可以得到一个反馈，自己可以先去忙别的事，等会再来也行。

NIO与IO

NIO和IO最大的区别是传输方式。

IO是以流的方式处理数据，而NIO是以块的方式处理数据。处理的数据量扩大带来了数据传输效率上的飞速提升，相对的，就没有流传输的简单性和直观性，代码复杂度也相应的提升了，这个会在之后的代码实例中有所体现。

说到这个，想起dubbo的底层是通过Socket（结合apache mina框架做底层调用）来建立长连接发送、接收数据。而mina的底层正是通过NIO实现的，所以，以块的方式处理数据在网络通信中是很普遍的，这个会在之后dubbo的学习中有所讲解。

下面进入正题，从三个基本要素来认识NIO：

• Buffer
• Channel
• Selector

Buffer缓冲区

直观的来说，Buffer你可以看做是一个数据存放容器，是我在上面说的一个个“数据块”，对应IO中的stream。

我们可以对其进行读写操作，Buffer实质上是一个数组，通常是一个字节数据，但也可以是其他类型的数组。但一个缓冲区不仅仅是一个数组，重要的是它提供了对数据的结构化访问。

常用的Buffer类型主要有：ByteBuffer、CharBuffer、IntBuffer、ShortBuffer、FloatBuffer、DoubleBuffer、LongBuffer。很好记，就是Java的八大基本类型除去Boolean。

下面以ByteBuffer为例，简单说一下常用方法：

声明缓冲区-allocate(int capacity)

//接收和发送的缓冲区
private ByteBuffer receiveBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
private ByteBuffer sendBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);

清空缓冲区-clear()/compact()

//清空发生缓冲区，准备发送消息
sendBuffer.clear();

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。

写缓冲区-put(byte[] src)

String sendText = "player";
sendBuffer.put(sendText.getBytes());

读写指针操作-flip()

sendBuffer.flip();

我们看一下flip()方法的源码：

public final Buffer flip() {
    limit = position;
    position = 0;
    mark = -1;
    return this;
 }

flip方法涉及到bufer中的Capacity、Position和Limit三个数值的操作，我们先看一下这三个数值分别代表什么意义。

• position：跟踪已经写了多少数据或读了多少数据，它指向的是下一个字节来自哪个位置
• limit：代表还有多少数据可以取出或还有多少空间可以写入，它的值小于等于capacity。
• capacity：代表缓冲区的最大容量，一般新建一个缓冲区的时候，limit的值和capacity的值默认是相等的。

其中Capacity在读写模式下都是固定的，就是我们分配的缓冲大小，Position类似于读写指针，表示当前读(写)到什么位置，Limit在写模式下表示最多能写入多少数据，此时和Capacity相同，在读模式下表示最多能读多少数据，此时和缓存中的实际数据大小相同。在写模式下调用flip方法，那么limit就设置为了position当前的值(即当前写了多少数据)，position会被置为0，以表示读操作从缓存的头开始读。也就是说调用flip之后，读写指针指到缓存头部，并且设置了最多只能读出之前写入的数据长度(而不是整个缓存的容量大小)。

到此为止，我们把数据装填入了缓冲区Buffer，那么我们应该如何传输缓冲区的数据呢？接下来就要讲到通道的概念：Channel

Channel 通道

顾名思义，channel在NIO中扮演着通道的角色，负责传输缓冲区Buffer中的数据块。

打个比方，如果说Buffer是码头的话，码头中的一个个集装箱，就是存放在Buffer中的数据块，channel就是航道，运输这些集装箱，就需要走我们的航道，将集装箱送到目的地的码头，具体去哪个码头取集装箱，是由航道决定的，这条航道通往哪里，你就去哪个码头。
所以，我们获取集装箱（数据块）是去找码头（Buffer），找码头（Buffer）之前，我先需要通过航道（Channel）把数据块读入运入（读入）码头。

private ByteBuffer receiveBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
.
.
.
channel.read(receiveBuffer);

通过上面这个例子，可以引申出channel的一个特性：

• >对Channel的读写必须通过buffer对象

除此之外

• >Channel是双向的，可以读也可以写

//将缓冲区buffer写入通道
channel.write(sendBuffer);

最后就是，NIO既然是异步非阻塞的，channel自然也具有下面这个特征：

• >Channel可以进行异步非阻塞的读写
  当然，这一点需要我们手动设置

channel.configureBlocking(false);

有些类型的Channel必须设置成异步非阻塞模式，否则无法进行异步的IO工作，比如SocketChannel和ServerSocketChannel。但也有类型不具备异步，就像FileChannel。

常用的Channel类型有：

• FileChannel：从文件读取数据的
• DatagramChannel：读写UDP网络协议数据
• SocketChannel：读写TCP网络协议数据
• ServerSocketChannel：可以监听TCP连接

Selector选择器

接着上一章的那个比喻，如果我们把Buffer缓冲区看做码头，Channel通道看做航道的话，那么Selector选择器可以看做海上的一个调度中心，一个调度中心可以监听多个航道的事件，当然，这需要航道归属在这个调度中心的编制下。

创建一个Selector

Selector selector = Selector.open();

将Channel注册在某个Selector的管辖范围之下

Selector是一个对象，它可以被注册到很多个Channel上，监听各个Channel上发生的事件，并且能够根据事件情况决定Channel读写。这样，通过一个线程管理多个Channel，就可以处理大量网络连接了。

channel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

上面这行代码是有返回值的，这个方法会返回一个SelectionKey类型的结构。这个SelectionKey是NIO中事务处理的一个关键中间点，通过SelectionKey我们可以获取很多信息，可以说SelectionKey是整个NIO的业务大脑，关于SelectionKey，我将会放在下一章进行说明，毕竟自己目前的理解还不够深。

哈哈，阶段性…阶段性记录…

参考文章

感谢！

http://blog.csdn.net/suifeng3051/article/details/48160753
Java NIO 详解（一）

http://walsh.iteye.com/blog/450114
java.nio.Buffer flip()方法jdk中文翻译错误