Java高效NIO之Java IO基础 to be continued...

Java中有两套IO模型，分别是传统IO和JDK1.4新引入的NIO（叫New IO或 Non-Blocking IO，后者更能体现它的设计理念）。
在传统IO模型中，IO是基于数据流（Stream）的，数据的输入和输出分别对应Input Stream和Output Stream。流数据只能逐字节的读取（或写入），直到所有数据读取（或写入）完毕，流数据只能单向的读取（或写入），无缓存区，无法对数据进行前后移动访问。
在NIO模型中，IO是基于Buffer（缓存块）的，从IO（读文件、Socket）接收的数据由系统先保存在一块Buffer中，程序通过管道（Channel）接到Buffer，可以把Buffer当作一个类数组进行操作，可以在Buffer中前后移动，可以读取也可以写入。

添加IO和NIO的类继承结构图

传统IO模式，在处理数据流过程中，线程处于阻塞状态，直到流处理（读取后写入）完毕，所以一个线程只能处理一个IO任务，如果IO未准备就绪无数据（或不可写）线程只能一直等待，直到可以有数据（或可写）；
NIO模式，采用IO多路复用技术，使用选择器（Selector）监控一组IO，虽然Selector线程也处于阻塞状态，但一个线程可以同时处理多个IO任务，当IO就绪时，Selector返回就绪的IO并由程序进行处理。

NIO核心设计

如上图所示，NIO的核心涉及3部分，分别未Selector、Channel和Buffer。

Selector

Selector是NIO多理复用的执行组件，系统在处理多个IO任务时，可以把每个IO任务以Channel的方式注册到Selector，通过Selector.select()统一监控向其注册的Channel的状态，select()方法会阻塞，直到其中有Channel的IO状态准备就绪有数据可读（或IO可写）时，select()返回就绪IO的Channel由程序处理相关事件。

Channel

Channel是NIO中数据处理的入口，每个Channel对应着一个IO的底层数据Buffer，负责对Buffer的写入或读取操作。根据IO类型不同，Java中提供了如下通用Channel实现。

1. FileChannel：文件读写操作
2. SocketChannel：TCP Socket连接
3. ServerSocketChannel：TCP Socket服务器端，处理监听端口建立Socket的accept事件
4. DatagramChannel：UDP连接

Buffer

Buffer本质上是一块连续的内存区域，提供数据缓存功能和Channel对数据的读写操作能力。NIO提供了 ByteBuffer / CharBuffer / DoubleBuffer / FloatBuffer / IntBuffer / LongBuffer / ShortBuffer Buffer类型，实现读Java基本类型的缓存支持。对Buffer的读写操作过程中，涉及3个关键参数，即postion、limit和capacity。其中position和limit在读/写操作时具有不同的意义，而capacity读写时都是表示Buffer的大小。Buffer初始处于写状态，通过flip可以进行读写状态切换。

Capacity
Buffer是一个固定大小的内存缓存区，Capacity就表示其总长度。向Buffer写入的数据字节（byte/char/int/long等）总长度不能超过Capacity。当Buffer写满时，需要（读取）清空后才能继续写入。

Position
Position初始位置为0，当Buffer读写模式切换时，也会自动重置为0。
读取模式时，Position表示当前读取数据的位置，读取当前位置数据后，Position自动移到下一个可读位置，读取位置不能超过Limit。
写入模式时，Position表达当前写入数据的位置，在当前位置写入数据后，Position自动移到下一个写入位置，写入位置不能超过Capacity - 1。

Limit
读模式时，Limit表示Buffer中可读取数据长度，当Buffer从写模式切换到读模式时，Limit值等于写模式时的Position。
写模式时，Limit表示可写入数据总长度，其值等于Capacity - 1。