学习Netty准备-NIO（Buffer\Channel\Selector）

JDK提供NIO相关的类，其中比较主要的三个Buffer、Channel、Selector核心部分。

Buffer是缓冲区，提供输入输出暂存区域。在没有Buffer之前我们都是通过直接read获取到字节数据，返回的是字节数组，在进行各种获取、设置、转换、复制、压缩等操作的时候都需要自己去实现复杂的逻辑，因此后面提出了缓冲区的概念，其本质还是一个字节数组，只不过提供了大量的API方法，供开发者调用。

下面先看一下相关类图，如图1-1，其中JDK提供了各种类型的Buffer，byte、int、float、double、long等基本类型的Buffer,大体会分为堆内分配空间和直接内存分配空间，还有只读的实现。后面也列出了两个类ByteOrder(BIG_ENDIAN、LITTLE_ENDIAN)和Bits,ByteOrder标识大端和小端，Bits则提供各种类型直接互相的转换工具类。

图1-1

下面重点分析一下ByteBuffer,其中比较重要的参数，具体的逻辑关系如图1-2

容量（Capacity）：缓冲区大小；

上限（Limit）：缓冲区可用边界，越过上界的区域不可读写；

位置（Position）：下一个读写的索引，随着读写递增；

标记（Mark）：Mark一个位置，可以在之后设置位置为标记值再次读写。

图1-2

下面看一下提供的API方法：

Buffer接口中主要是提供以上四个参数相关的操作方法，例如capacity()返回容量，position()返回当前位置,position(int )设置新的位置信息，flip()读写模式转换（针对于position  limit的数字切换），mark()\reset()标记位置设置、重置，truncate()清空缓冲区，注意这里面所有的操作都是针对于四个重要参数的相关操作。

图1-3

再看一下ByteBuffer具体实现里面提供的方法如图1-3，allocate()\allocateDirect()初始化一个堆内的缓冲区或者直接内存缓冲区，wrap（）提供字节数组的复制功能，slice()、duplicate()提供字节缓冲区截取、复制的功能，get()\put()方法提供相关的设置、获取具体信息的方法，同时提供针对于各种基本类型put、get的方法，会屏蔽类型所占类型的长度，进行直接的读取，屏蔽实现细节。（其中NIO也实现自己的ByteBuf,后面会去对比）

图1-3

Channel是NIO的第二个重要的组成部分，它是在Buffer(字节缓冲区)和文件或者网络套接字之间传输数据，所有的操作都是在Buffer的基础上面进行，read\write都是跟ByteBuffer打交道。同时对比BIO的InputStream和OutputStream在于channel是一个双向读写的，而stream只可以单方向。这一部分主要分析serverSocket相关的channel.如图：2-1

图2-1

从类图上面分析可以看到socketChannel实现了可读写的ByteChannel、聚集分散读写的ByteChannel,其实就是实现了read(ByteBuffer)、write(ByteBuffer)、read(ByteBuffer,int,int)(分散读，读取某一段，不顺序读写)、write(ByteBuffer[],int,int)。

同时实现了NetWorkChannel实现网络地址的绑定，SelectableChannel提供多路复用的实现，后面会详细介绍，InterruptiableChannel提供可阻断的的方法。

下面通过获取channel、配置非阻塞来简单说明一下具体的过程。（如图2-2）

ServerSocketChannel.open();

ServerSocketChannel.configureBlocking(false);

图2-2

Selector是Java NIO中能够检测一到多个NIO通道，并能够检查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。

操作系统的一个重要功能是处理IO请求并通知各个线程它们的数据准备就绪了，Selector的就绪选择的处理是委托到具体的操作系统上的，选择器类提供了这种抽象，使得Java代码能以可移植的方式，请求底层的操作系统提供就绪选择服务。

基本而言，选择器是对select,poll,epoll等本地调用或者类似的操作系统的特定系统调用的封装。

图2-3

创建选择器

将通道注册到选择器上

让选择器监听注册的通道

处理选择器返回的就绪的通道