Java NIO 网络编程初探

Java NIO 网络编程初探

1. Java NIO

Java 1.4 版本添加了一个新的IO API，称为NIO（New IO, Non-Block IO）。NIO拥有所有IO的功能，但是操作方法却完全不一样。NIO支持面向缓冲区的、基于通道的IO操作。能够更加高效的进行IO操作。NIO同样拥有文件读写，网络通信等IO操作，今天我们来看看NIO中的TCP网络通信的使用方法。

2. Java NIO 三大核心

Java NIO 有三大核心要素：Channel、Buffer和Selector。Java IO 的操作都是基于输入输出流的，而NIO则是基于Channel和Buffer的，数据先被读取到Buffer中，然后再进行处理。Selector作为NIO的辅助工具，能够使NIO的操作更加高效。

2.1 Buffer

NIO提供了多种Buffer，包括对应基本数据类型的ByteBuffer、CharBuffer、ShortBuffer、IntBuffer、LongBuffer、FloatBuffer和DoubleBuffer。
Buffer拥有四种属性：

1. 容量（Capacity）：缓冲区能够容纳的数据元素的最大数量。这一个容量在缓冲区创建时被设定，并且永远不能改变。
2. 上界(Limit)：缓冲区的第一个不能被读或写的元素。或者说,缓冲区中现存元素的计数。
3. 位置(Position)：下一个要被读或写的元素的索引。位置会自动由相应的 get( )和 put( )函数更新。
4. 标记(Mark)：下一个要被读或写的元素的索引。位置会自动由相应的 get( )和 put( )函数更新。

常用的Buffer方法有：
    1. 获取方法
        static XXXBuffer allocate(int capacity);
    2. 操作方法
        flip(): limit设为position的位置，position设为0，读写指针又移动到了开始的位置，调用flip()后，buffer为输出数据做好了准备。
        rewind()：将 position 重置为 0 ，一般用于重复读。
        clear() ：position 变成 0 ， limit 变成 capacity (清空 buffer ，准备再次被写入) 。
        compact(): 将未读取的数据拷贝到 buffer 的头部位。
        mark(): reset():mark 可以标记一个位置， reset 可以重置到该位置。
        put(),get() 放入，取出数据， 分为相对(Relative)和绝对(Absolute)。

2.2 Channel

Channel用于和Buffer交互，Channel能将数据的读写映射到Buffer，能够在两个实体中有效的传输数据，Channel是数据交互的通道，而Buffer则是通道的两个端点。通过这种方式，能够极大地利用操作系统的IO能力。

Java NIO 中的通道分为四种：

1. FileChannel：用于读取、写入、映射和操作文件的通道。（用于本地文件操作）
2. DatagramChannel：通过UDP 读写网络中的数据通道。
3. SocketChannel：通过TCP 读写网络中的数据。
4. ServerSocketChannel：可以监听新进来的TCP 连接，对每一个新进来的连接都会创建一个SocketChannel。

常用的Channel方法：
    1. 获取方法
        可以直接调用通道类提供的静态方法open来获取通道的实例
        也可以通过IO流对象调用getChannel()方法来获取Channel实例

    2. 操作方法
        Channel通常是配合Buffer使用的，可以将Channel映射到Buffer中
        也可以直接调用write(Buffer buf)和read(Buffer buf)

2.3 Selector

selector使用单线程处理多个channel，当应用打开了多个channel且每个channel的吞吐量不是很大时，使用channel就比较方便。使用selector分如下的几步：参考文章

1. 创建：使用Selector selector = Selector.open()
2. 将channel注册到selector：channel.register(selector, **)，该方法可返回一个SelectorKey，代表该channel在selector中的”代号”。与selector一起使用时，channel一定处于非阻塞模式下。所以需要提前设置channel.configureBlocking(false)。
3. 使用selector几个select的重载方法测试通道有多少已经准备好了：
   • int select()阻塞到至少有一个对象在通道上准备好了。
   • int select(long timeout)最长会阻塞timeout毫秒
   • int selectNow()不会阻塞，不管什么情况会直接返回，如果自上次调用选择操作以来，没有就绪的通道则直接返回0。
4. 调用select方法之后，如果有返回值，则说明已经有selector就绪了。此时可以通过selectedKey来选择已选择键集中就绪的通道。使用Set selectedKey = selector.selectedKeys();，之后在得到的SelectionKey的Set中可以通过SelectionKey提供的方法来操作channel。得到Channel的基本方法为selectionKey.channel() 。

3. Java NIO TCP网络通信

3.1 客户端实现

3.2 服务端实现