一起聊聊Java NIO
一、IO的基本概念
IO我的理解就是数据的发送与接收。
IO操作场景一般分为：1.文件IO 2.网络IO（我们平时讲的BIO、NIO、AIO其实说的都是网络编程IO模式）
在jdk 1.4中引入了新的java I/O库 java.nio.*包 其目的是为了提高速度，新的I/O库也就是NIO，有的人翻译成 no-blocking io有的人翻译成 new io，其实都一样。在Java API中提供了两套NIO，一套是针对标准输入输出NIO，另一套就是网络编程NIO
二、IO和NIO的区别
| IO | NIO |
|---|---|
| 面向流（Stream） | 面向缓冲区（Buffer） |
| 阻塞IO（Blocking IO） | 非阻塞IO（Non Blocking IO） |
| 无 | 选择器（Selector） |
IO和NIO最大的区别就是，IO是面向流的，NIO是面向缓冲区的，面向流的IO每次只能从流中读取一个或多个字节，直到读取所有字节。而NIO是把数据读取到缓冲区中需要时可在缓冲区前后移动。具体的区别在后面分析NIO的三大核心1.Buffer缓冲区 2.Channel通道 3.Selector选择器，都会讲到。这里说一下对于标准的输入输出IO(文件IO)，已经使用nio进行优化过了。所以对文件IO的操作IO和NIO操作效率没有什么差异。
三、NIO的三大核心
Buffer缓冲区、Channel通道、Selector选择器，Channel负责传输，Buffer负责存储，Selector负责监听。
Buffer 缓冲区
首先看下java.nio.Buffer 这个抽象类
缓冲区Buffer负责Java NIO中数据的存取，就是写数据到缓冲区/读取缓冲区中的数据，所以缓冲区的核心方法就是get()和put()。以我们常用的ByteBuffer的例：
Buffer类维护了4个核心的变量来对缓冲区(数组)进行操作
1.capacity 容量
缓冲区能容纳的最大数据容量，容量在缓冲区创建是设定，且不能改变。（原因底层就是缓冲区就是数组实现的）
2.limit 界限
表示缓冲区可以操作的大小，也是缓冲区数据的总数
3.position 位置
下一个要被读或写的位置，position会自动由相应的get() 和put() 函数更新
4.mark 标记
用于做标记使用，当Buffer调用mark()时，会生成一个标记，当position等发生变化时，可通过remark()恢复之前的Buffer状态
0 <= mark <= position <= limit <= capacity
Buffer代码演示
public static void main(String[] args) {
// 初始化一个长度为64的ByteBuffer
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(8);
// 打印4个核心参数情况
System.out.println("初始化时 Limit " + byteBuffer.limit());
System.out.println("初始化时 position " + byteBuffer.position());
System.out.println("初始化时 capacity " + byteBuffer.capacity());
System.out.println("初始化时 mark " + byteBuffer.mark());
System.out.println("------------------------------------------");
// 创建一个字符串 哈哈
String name = "haha";
// 使用Buffer的put方法
byteBuffer.put(name.getBytes());
// 再次打印4个核心参数情况
System.out.println("put之后 Limit " + byteBuffer.limit());
System.out.println("put之后 position " + byteBuffer.position());
System.out.println("put之后 capacity " + byteBuffer.capacity());
System.out.println("put之后 mark " + byteBuffer.mark());
System.out.println("------------------------------------------");
// 若要读取数据，需要使用提供的flip()切换读模式
byteBuffer.flip();
// 再次打印4个核心参数情况
System.out.println("flip之后 Limit " + byteBuffer.limit());
System.out.println("flip之后 position " + byteBuffer.position());
System.out.println("flip之后 capacity " + byteBuffer.capacity());
System.out.println("flip之后 mark " + byteBuffer.mark());
System.out.println("------------------------------------------");
// 申请一个存储读数据的空间,空间大小使用Buffer的元素最大值limit
byte[] bytes = new byte[byteBuffer.limit()];
// 执行get操作 读取数据
byteBuffer.get(bytes);
// 再次打印4个核心参数情况
System.out.println("get之后 Limit " + byteBuffer.limit());
System.out.println("get之后 position " + byteBuffer.position());
System.out.println("get之后 capacity " + byteBuffer.capacity());
System.out.println("get之后 mark " + byteBuffer.mark());
System.out.println("------------------------------------------");
// 输出数据小老弟
System.out.println("get 得到的结果：" + new String(bytes));
System.out.println("------------------------------------------");
// 再次写数据就要清空缓冲区 需要使用提供的clear()方法
byteBuffer.clear();
System.out.println("clear之后 Limit " + byteBuffer.limit());
System.out.println("clear之后 position " + byteBuffer.position());
System.out.println("clear之后 capacity " + byteBuffer.capacity());
System.out.println("clear之后 mark " + byteBuffer.mark());
}运行结果
我们可以看到Buffer(缓冲区)初始化时容量设置的64固定值，因此capacity(容量)和limit(界限)等于8，界限等于8因为当前为初始化后的Buffer为写入模式，所以limit(界限)等于8，也就是最多写入8个元素，又因为当前Buffer(缓冲区)没有数据所以position(位置)等于0
当调用put()函数将字符串"haha"存入缓冲区，此时position(位置)变成了4，capacity(容量)和limit(界限)没有发生变化。
关键点来了，当我们put()操作后想要读取Buffer(缓冲区)数据，此时我们必须切换到读模式，也就是调用flip()函数。调用flip()后我们会发现limit=4变成了position的值,position=0，这个也很好理解写模式下的position是当前最后一个元素的位置，当切换读模式后，limit(界限)肯定就换成了position，也就是可读元素的最大个数，position置为0就是读数据肯定第一个元素开始读。
当调用get()函数后，position=4也就是数据读取到最后一个元素的位置了。
此时如果我们还想写数据就需要调用clear()清空缓冲区，此时的清理并非真正的清理只是重置了position、limit、capacity的值，数据并没有真正的清空。当有新数据写入时会发生覆盖。
put()操作、flip()操作、get()、clear()操作缓冲区图解
Channel 通道
channel前面也说了，他就是NIO中负责传输数据的。Channel相比IO中的Stream更加高效，可以异步双向传输，但是必须和buffer一起使用。
主要实现类
FileChannel，读写文件中的数据。
SocketChannel，通过TCP读写网络中的数据。
ServerSockectChannel，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。
DatagramChannel，通过UDP读写网络中的数据。下面写一个用FileChannel实现图片复制的程序
public static void main(String[] args) throws IOException {
// 在 jdk1.7 之后提供了open方法获取channel
FileChannel channel1 = FileChannel.open(Paths.get("/Users/gaoxing/Pictures/1.png"), StandardOpenOption.READ);
FileChannel channel2 = FileChannel.open(Paths.get("/Users/gaoxing/Pictures/2.png"), StandardOpenOption.WRITE);
// 将 2.png 复制给 新的 3.png
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1048576);
// 将通道1数据读入缓冲区，此时缓冲区为写模式
channel1.read(byteBuffer);
// 切换缓冲区为读模式
byteBuffer.flip();
// 将缓冲区数据写入到通道2
channel2.write(byteBuffer);
}不多比比了，就是运输数据的通道，文件IO正好这里也说到了，使用NIO做文件IO很方便几行代码就行，而且比IO更加高效。
Selector 选择器
说到Selector就要讲网络IO了，网络IO一般有BIO、NIO、AIO
| BIO | NIO | AIO | |
|---|---|---|---|
| IO模型 | 同步阻塞 | 同步非阻塞 | 异步非阻塞 |
| 编码难度 | 简单 | 复杂 | 复杂 |
| 吞吐量 | 低 | 高 | 高 |
先说下I/O的过程，为了保证用户进程不能直接操作内核，保证内核空间安全，操作系统将虚拟空间划分为两部分，一部分是用户空间，一部分是内核空间。当我们要读取数据时要从内核空间找数据准备好，再复制到用户空间。这个过程是需要等待的。
BIO
Tomcat默认使用的就是BIO，也就是阻塞IO，阻塞IO也就是再I/O过程中一直等待，每来一个请求就创建一个线程去处理。
NIO：
1.首先Selector通过select()方法监听channel事件
2.当有一个客户端连接时，selector监听到一个连接事件，通过ServerSocketChannel 注册时绑定的selectionKey获取SocketChannel,将SocketChannel注册到Selector并监听Read事件
3.如果socketChannel已经准备好数据，此时select()监听到了Read事件，会去Channel中读取客户端发来的数据并处理。
总结：NIO模型中的Selector就相当于后宫太监总管，负责管理后宫每个妃子(客户端)的各种事件，例如：连接事件、读事件、写事件。NIO相对于BIO的非阻塞体现在BIO要一直等待读取客户端的数据，客户端写的慢写的时间长，他就得一直等着。而NIO把等待的事情交给了大总管Selector，Selector负责轮询所有已经注册的客户端，发现有读事件发生了，立刻交给后台线程处理，后台线程直接Channel中获取数据，因为数据时已经准备好的了，也就是非阻塞的。说白了，NIO就是一个Selector监听所有的Channel发现有事件发生了，把所有的事件全都拿过来然后交给后台线程处理，后台一个线程不用傻傻的等待一个客户端，就是来活了你就干，没活你就呆着老弟。好处就是一个线程可以处理更多的客户端，而不是像BIO那样一个线程只负责一个客户端。Redis就是典型的NIO线程模型，Selector搜集所有连接事件交给后台线程，后台连续执行所有命令。
适用场景
NIO适用于一些聊天、弹幕之类的系统，这种数据少连接多的场景NIO的多路复用机制才有用。