Netty网络编程之NIO概览与简单应用

1.关于NIO

Java NIO即Java Non-blocking IO(Java非阻塞I/O)，是Jdk1.4之后增加的一套操作I/O工具包，又被叫做Java New IO。

（1）Reactor模式
Reactor即反应器，就是我们将事件注册到Reactor中，当有相应的事件发生时，Reactor便会告知我们有哪些事件发生了，我们再根据具体的事件去做相应的处理。在NIO里主要是Selector多路复用模型。

（2）BIO（同步阻塞IO）和NIO的区别

BIO在调用read/write的时候会阻塞线程，也就是就算某个时刻你的socket并没有数据需要传输，
但是你的socket线程却仍然会被阻塞在read/write方法上，所以BIO是一个socket连接一个线程。
NIO与BIO不同，它主要依靠事件监听反应器进行工作，一个监听器可以监听好几个socket连接，只有在socket有事件发生（如读写数据，连接到达等）的时候才进行事件分发，
开启线程去处理事件（一个请求一个线程），所以在高并发的时候NIO是优于BIO的。
并且NIO有了缓冲区的概念，不管是File IO还是Socket IO都是在和Buffer相互读取，
NIO可以先将通道数据读到缓冲区中再进行操作，避免了逐字节或逐行读取的性能开销。

NIO主要可以分为四个模块，分别是Buffer（数据缓冲区），Channel（数据通道），Selector（监听器），Charset（字符集）。

2.Buffer（数据缓冲区）

缓冲区(Buffer)就是在内存中预留指定字节数的存储空间用来对输入/输出(I/O)的数据作临时存储，这部分预留的内存空间就叫做缓冲区；

在Java NIO中，缓冲区的作用也是用来临时存储数据，可以理解为是I/O操作中数据的中转站。
缓冲区直接为通道(Channel)服务，写入数据到通道或从通道读取数据。

java.nio.Buffer是一个抽象类，直接继承Buffer的缓冲区类有七种：
ByteBuffer,CharBuffer,DoubleBuffer,FloatBuffer,IntBuffer,LongBuffer,ShortBuffer。
其中MappedByteBuffer继承ByteBuffer，专门用于内存映射，可以处理大文件读写等。

Buffer有四个属性，

private int mark = -1;
private int position = 0;
private int limit;
private int capacity;　
Capacity 容量，即可以容纳的最大数据量；在缓冲区创建时被设定并且不能改变
Limit 上界，缓冲区中当前数据量
Position 位置，下一个要被读或写的元素的索引
Mark 标记，调用mark()来设置mark=position，再调用reset()可以让position恢复到标记的位置即position=mark

具体的操作方法主要有clear（清空缓冲区），flip（把缓冲区状态改为写状态），put（向缓冲区写入数据），get（从缓冲区读取数据）。

3.Channel（数据通道）

Channel相当于BIO里面的Stream（数据流），但Channel与Stream不同，Channel是双向的，
可以向通道两边传输数据，而不用像BIO那样要专门建立一个输入流和一个输出流。
I/O可以分为文件IO和流IO，那么Channel对应的就可以分为文件通道(FileChannel)和流通道(流通道就是套接字通道，SocketChannel)，NIO中Channel接口主要的通道实现类有以下几种：

FileChannel 文件通道，用于操作文件I/O
SocketChannel 套接字通道，用于TCP协议，客户端连接服务器后，
服务器和客户端都会有一个SocketChannel，就可以互相发送数据了
ServerSocketChannel 服务器套接字通道，用于TCP连接响应客户端连接

通道可以以阻塞(blocking)或非阻塞(non-blocking)模式运行，阻塞模式会一直等待某个操作直到返回结果；非阻塞不会一直等待，要么返回null，要么返回执行完的结果。

4.Selector（监听器）

Selector是NIO的核心，

（1）选择器的创建
java.nio.channels.Selector提供了一系列的静态方法，可以直接调用，

//创建选择器
Selector sle =Selector.open();
Selector(选择器)提供了下面方法：

open()：打开一个选择器
isOpen()：检查一个选择器实例是否打开
provider()：返回一个SelectorProvider
keys()：返回注册键集合
selectedKeys()：返回已选择键集合
selectNow()：立刻执行选择，非阻塞，若没有已准备好的通道则立即返回0
select(long timeout)：执行选择，超过指定毫秒数则返回
select()：执行选择，会一直阻塞直到有准备就绪的通道
wakeup()：停止选择
close()：关闭选择器

（2）轮询获取注册到选择器中通道感兴趣的操作

//创建选择器
Selector sle =Selector.open();
//创建socket服务器通道
ServerSocketChannel socketChn=ServerSocketChannel.open();
/**
* 绑定端口
* InetSocketAddress是SocketAddress的子类
/
socketChn.socket().bind(new InetSocketAddress(65535));
//设置是否非阻塞
socketChn.configureBlocking(false);
/*
* 将通道注册到选择器，指定通道兴趣是等待接收连接
* NIO中定义了4中可选择操作：OP_READ(读)、OP_WRITE(写)、OP_CONNECT(连接)、OP_ACCEPT(接受)，
* 这些常量在SelectionKey中定义
*/
SelectionKey key = socketChn.register(sle, SelectionKey.OP_ACCEPT);
//使用while循环轮询获取注册到选择器中通道感兴趣的操作
while(true){
//选择注册到选择器中通道感兴趣的键，此方法是阻塞的，直到有感兴趣的事件发生
// int n=sle.select();
//立即查询，非阻塞
int n=sle.selectNow();
Iterator iter = sle.selectedKeys().iterator();
while (iter.hasNext()) {
SelectionKey keyy = iter.next();
iter.remove();
// ......
}
//close()方法可以关闭选择器
sle.close();
}

（3）poll和epoll 选择器的内部实现

选择器为通道服务，通道事先告诉选择器：“我对某些事件感兴趣，如可读、可写等“，

选择器在接受了一个或多个通道的委托后，开始选择工作，它的选择工作就完全交给操作系统，linux下即为poll或epoll。

5.Charset（字符集）

主要是指java.nio.charset包下的一系列工具类，

NIO提供了CharsetDecoder和CharsetEncoder进行字符集的编码和解码。