一、NIO简介
Java NIO (New IO , Non Blocking IO)。NIO是一个基于通道，面向缓冲区的，非阻塞的IO操作。
二、NIO的核心
2.1Buffer
2.1.1Buffer概念
Buffer缓冲区，负责NIO中的数据存储。数据可以从Channel中读到Buffer里，也可以从Buffer读到Channel里。
2.1.2Buffer的用法
使用Buffer读取数据的四个步骤
1)写入数据到buffer
2)调用flip()方法
3)从buffer中读取数据
4)调用clear()或者compact()方法
调用clear()或compact()方法能够清空缓冲区，以便让buffer可以再次被写入。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。
@Test
public void bufferTest()throws Exception{
RandomAccessFile inFile = new RandomAccessFile("D:\\1.html", "rw");
FileChannel channel = inFile.getChannel();
//为buffer分配大小
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(48);
//将数据从channel中写入buffer
channel.read(byteBuffer);
while (channel.read(byteBuffer)!=-1){
//切换成读模式，准备从buffer中读取数据
byteBuffer.flip();
System.out.println(new String(byteBuffer.array(),0,byteBuffer.limit()));
//清空当前缓冲区，为下次写入做好准备
byteBuffer.clear();
}
}
2.1.3 Buffer中几个重要的属性
capacity : 表示缓冲区中最大存储数据的容量，一旦声明不能改变。一旦Buffer满了，则不能向其中写入数据，需要通过flip()向外写出数据，或者通过clear()方法清空缓冲区。
-
limit : 缓冲区中可以进行操作的数据大小。（limit后数据不能进行读写）。
读模式下，limit为写入时position的值。可以从filp()方法中的源码得知。public final Buffer flip() { limit = position; position = 0; mark = -1; return this; } -
position : 位置，表示缓冲区中正在操作数据的位置。当你写数据到Buffer中时，position表示当前的位置。初始的position值为0.当一个byte、long等数据写到Buffer后， position会向前移动到下一个可插入数据的Buffer单元。position最大可为capacity – 1。
当读取数据时，也是从某个特定位置读。当将Buffer从写模式切换到读模式，position会被重置为0。当从Buffer的position处读取数据时，position向前移动到下一个可读的位置。
mark : 标记，表示记录当前 position 的位置。可以通过 reset() 恢复到 mark 的位置 0 <= mark <= position <= limit <= capacity
写模式与读模式下三者的关系
2.1.4 Buffer的种类
- ByteBuffer
- MappedByteBuffer
- CharBuffer
- DoubleBuffer
- FloatBuffer
- IntBuffer
- LongBuffer
- ShortBuffer
Buffer的使用，请自行查阅API.
2.2Channel(通道)
2.2.1Channel简介
- Channel是双向的，即可以从Channel中读取数据，也可以向Channel中写入数据。
- 通过Channel可以实现异步的读写。
- Channel的使用要以Buffer为媒介，通道中的数据总是要先读到一个Buffer，或者总是要从一个Buffer中写入。
Channel
2.2.2JAVA NIO中对Channel的实现
- FileChannel：从文件读取数据的( 文件通道总是阻塞式的 )
- 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
2.2.3获取Channel的方式
- FileChannel : 通过 RandomAccessFile，FileInputStream，FileOutputStream
getChannel()获得。 - DatagramChannel、SocketChannel、ServerScoketChannel可以通过该类提供的静态方法open()获得。
2.2.4 Channel的使用
- FileCahnnel使用在上图Buffer使用的例子中已经有所提及。
-
分散读取和聚集写入 Scatter & Gather
分散读取(Scatter)：是指在进行读操作时将一个Channel里的内容分散读入不同的Buffer里。
Scatter
聚集写入(Gather)：是指将分散在各个不同Buffer里的数据聚集写入到一个Channel中。
Gather
代码如下：
/*
Scattering Reads 数据从一个Channel读取到多个buffer中
Gatering Writes 数据从多个buffer写入到同一个channel中
**/
@Test
public void scatterAndGather() throws Exception{
/*
Scattering Reads 最好先知道文件的大小，从而为之分配合适数量的Buffer
*/
RandomAccessFile inFile = new RandomAccessFile("D:\\1.html", "rw");
RandomAccessFile outFile = new RandomAccessFile("D:\\2.html", "rw");
FileChannel inChannel = inFile.getChannel();
FileChannel outChanner = outFile.getChannel();
ByteBuffer buf1 = ByteBuffer.allocate(1024);
ByteBuffer buf2 = ByteBuffer.allocate(1024);
ByteBuffer buf3 = ByteBuffer.allocate(1024);
ByteBuffer[] buffArray = {buf1, buf2, buf3};
while (inChannel.read(buffArray)!= -1){
buffArray[0].flip();
buffArray[1].flip();
buffArray[2].flip();
while (buffArray[0].hasRemaining() && buffArray[1].hasRemaining()&& buffArray[2].hasRemaining()){
outChanner.write(buffArray);
}
buffArray[0].clear();
buffArray[1].clear();
buffArray[2].clear();
}
inChannel.read(buffArray);
}
2.2.5通道之间的数据传输
-
TransferFrom
/* FileChannel的transferFrom()方法可以将数据从源通道传输到FileChannel中 */ @Test public void transferFrom()throws Exception{ RandomAccessFile inFile = new RandomAccessFile("E:\\桌面\\desk\\1.jpg","r"); RandomAccessFile outFile = new RandomAccessFile("F:\\1.jpg", "rw"); FileChannel inChanner = inFile.getChannel(); long postion = 0; long count = inChanner.size(); FileChannel outChanner = outFile.getChannel(); outChanner.transferFrom(inChanner,postion,count); outChanner.force(true); } -
TransferTo
/* transferTo()方法将数据从FileChannel传输到其他的channel中 */ @Test public void transferTo()throws Exception{ RandomAccessFile inFile = new RandomAccessFile("E:\\桌面\\desk\\1.jpg","r"); RandomAccessFile outFile = new RandomAccessFile("F:\\2.jpg", "rw"); FileChannel inChanner = inFile.getChannel(); long postion = 0; long count = inChanner.size(); FileChannel outChanner = outFile.getChannel(); inChanner.transferTo(postion, count,outChanner); outChanner.force(true); }
2.3 Selector(选择器)
Java NIO中通过Selector（选择器）来监测一到多个NIO通道是否为诸如读写事件做好准备的组件。这样，一个单独的线程可以管理多个channel，从而管理多个网络连接。
Selector
2.3.1Selector的使用
1.创建Selector 通过调用Selector.open()方法创建一个Selector.
2.向Selector注册通道。与Selector一起使用时，Channel必须处于非阻塞模式下(register方法中有做限定，阅读源码可知)。这意味着不能将FileChannel与Selector一起使用，因为FileChannel不能切换到非阻塞模式。而套接字通道都可以通过channel.configureBlocking(false)切换成非阻塞模式。
channel.configureBlocking(false);
SelectionKey key = channel.register(selector, Selectionkey.OP_READ);
register()方法的第二个参数。这是一个“interest集合”，意思是在通过Selector监听Channel时对什么事件感兴趣。可以监听四种不同类型的事件：
Selectionkey.OP_READ
Selectionkey.OP_CONNECT
Selectionkey.OP_ACCEPT
Selectionkey.OP_WRITE
如果你想要监听多个事件，则可以通过“位或"操作将常量连接起来。如：
int listener = Selectionkey.OP_READ | Selectionkey.OP_CONNECT
注：ServerSocketChannel中只可以注册SelectionKey.OP_ACCEPT事件
3.返回值SelectionKey包含的属性
- interest集合
用“位与”操作interest 集合和给定的SelectionKey常量，可以确定某个确定的 事件是否在interest 集合中。
int interestSet = selectionKey.interes();
boolean isInterestedInAccept = (interestSet & SelectionKey.OP_ACCEPT) == SelectionKey.OP_ACCEPT；
- ready集合
ready 集合是通道已经准备就绪的操作的集合。在一次选择(Selection)之后，你会首先访问这个ready set。你可以通过以下四个方法来判断channel中什么事件或操作已经就绪。
selectionKey.isAcceptable();
selectionKey.isConnectable();
selectionKey.isReadable();
selectionKey.isWritable();
- Channel
通过SelectionKey来获得Channel
SelectableChannel channel = selectionKey.channel();
- Selector
通过SelectionKey来获得Selector
Selector selector = selectionKey.selector();
- 附加的对象（可选）
三、Selector与SocketChannel的使用实例
3.1基于TCP协议ServerSocketChannel 服务端的创建
@Test
public void server() throws Exception {
//获得一个ServerSocketChannel
ServerSocketChannel channel = ServerSocketChannel.open();
//将Channel注册成为非阻塞式 与selector一起使用时，channel必须处于非阻塞模式下。
channel.configureBlocking(false);
//为Channel绑定一个端口
channel.bind(new InetSocketAddress(8023));
//获得选择器
Selector selector = Selector.open();
//注册监听事件 因为是服务端，所以只能注册SelectionKey.OP_ACCEPT这个事件
channel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
while (selector.select()>0) {
Set selectedKeys = selector.selectedKeys();
Iterator keyIterator = selectedKeys.iterator();
while (keyIterator.hasNext()) {
SelectionKey key1 = keyIterator.next();
if (key1.isAcceptable()) {
//当一个连接 连接到服务端的时刻获得这个连接的通道
SocketChannel channel1 = channel.accept();
channel1.configureBlocking(false);
//为客户端连接注册读就绪的监听事件
channel1.register(selector, SelectionKey.OP_READ );
} else if (key1.isReadable()) {
//读事件准备就绪时 获得通道 读取客户端发来的消息
SocketChannel acceptChannel = (SocketChannel)key1.channel();
//创建缓冲区
ByteBuffer readBuff = ByteBuffer.allocate(48);
int len = 0;
while ((len = acceptChannel.read(readBuff))!= -1){
System.out.println(new String(readBuff.array()));
//清空缓冲区，为下次数据写入做准备
readBuff.clear();
}
//关闭连接
acceptChannel.close();
}
//由于selector不会自动移除已经准备就绪的key,所以需手动移除。key下次准备就绪时，会被再次放入SelectionKey中
keyIterator.remove();
}
}
}
3.2基于SocketChannel 客户端的创建
@Test
public void client () throws Exception{
//获得SocketChannel通道
SocketChannel channel = SocketChannel.open();
//将通道设置为非阻塞模式
channel.configureBlocking(false); //将通道设置为非阻塞式的时候要通过调用 channel.finishConnect();来完成连接，否则会报NotYetConnectedException异常
channel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1",8023));
channel.finishConnect();
//获得选择器
Selector selector = Selector.open();
//为通道注册连接就绪事件
channel.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT);
while (selector.select()>0){
Set selectionKeys = selector.selectedKeys();
Iterator iterator = selectionKeys.iterator();
while (iterator.hasNext()){
SelectionKey key = iterator.next();
if(key.isConnectable()){
//通过key来获得当前的通道
SocketChannel connectiChannerl = (SocketChannel) key.channel();
//判断是否是正在连接
if (connectiChannerl.isConnectionPending()){
//如果正在连接，则手动完成连接
connectiChannerl.finishConnect();
}
}
iterator.remove();
}
}
//向服务端发送消息
String str = "Hello ! How are you ?";
ByteBuffer buffer= ByteBuffer.allocate(48);
buffer.put(str.getBytes());
//切换模式 调用此方法为一系列通道写入或相对获取 操作做好准备
buffer.flip();
channel.write(buffer);
buffer.clear();
channel.close();
}