NIO和BIO的比较

1. NIO和BIO的比较

1. BIO以流的方式处理数据，而NIO以块的方式处理数据，块I/O的效率比流I/O高很多。
2. BIO是阻塞的，NIO是非阻塞的
3. BIO基于字节流和字符流进行操作，而NIO是基于Channel（通道）和Buffer（缓冲区）进行操作，数据总是从通道读取到缓冲区中，或者从缓冲区写入到通道中
4. Selector（选择器）用于监听多个通道的事件，（比如连接请求，数据到达等）因此使用单个线程就可以监听多个客户端通道。

2. NIO中三大组件关系

1. 每个channel都会对应一个Buffer
2. Selector都对应一个线程，一个线程对应多个channel（连接）
3. 该图反应了有三个channel注册到该selector中
4. 程序切换到哪个channel是由事件决定的，Event就是一个重要的概念。
5. selector会根据不同的事件，在各个通道上切换。
6. buffer就是一个内存块，底层有一个数组。
7. 数据的读取写入是通过buffer，这个和BIO本质不同，BIO中要么是输入流或者是输出流，不会是双向的，而NIO中的buffer可读可写，需要flip方法切换。
8. channel是双向的，可以返回底层操作系统的情况，如linux，底层的操作系统就是双向的

2.1 Buffer

buffer类中的关键字段。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Su6fYMzH-1596812019735)(evernotecid://0DF43073-4D96-42B0-9702-63E240EE5CF9/appyinxiangcom/27688374/ENResource/p397)]

当执行flip函数时就会反转缓冲区。

    /**
     * Flips this buffer.  The limit is set to the current position and then
     * the position is set to zero.  If the mark is defined then it is
     * discarded.
     *
     * 
 After a sequence of channel-read or put operations, invoke
     * this method to prepare for a sequence of channel-write or relative
     * get operations.  For example:
     *
     * 
     * buf.put(magic);    // Prepend header
     * in.read(buf);      // Read data into rest of buffer
     * buf.flip();        // Flip buffer
     * out.write(buf);    // Write header + data to channel
     *
     * 
 This method is often used in conjunction with the {@link
     * java.nio.ByteBuffer#compact compact} method when transferring data from
     * one place to another.  
     *
     * @return  This buffer
     */
    public final Buffer flip() {
        limit = position;
        position = 0;
        mark = -1;
        return this;
    }

然后从0重新开始读或者写，且后续的操作不能超过limit

ByteBuffer
从前面可以看出对于 Java 中的基本数据类型(boolean 除外)，都有一个 Buffer 类型与之相对应，最常用的自
然是 ByteBuffer 类(二进制数据)，该类的主要方法如下:

2.2 Channel（通道）

1. 基本介绍：NIO的通道类似于流，区别如下：

• 1. 通道可以同时进行读写，而流只能读或者写
• 2. 通道可以实现异步读写数据。
• 3. 通道可以从缓冲读取数据，也可以写数据到缓冲

2. BIO 中的 stream 是单向的，例如 FileInputStream 对象只能进行读取数据的操作，而 NIO 中的通道(Channel) 是双向的，可以读操作，也可以写操作。

3. Channel 在 NIO 中是一个接口public interface Channel extends Closeable{}

4. 常 用 的 Channel 类 有 : FileChannel 、 DatagramChannel 、 ServerSocketChannel 和 SocketChannel 。 【ServerSocketChanne 类似 ServerSocket , SocketChannel 类似 Socket】

5. FileChannel 用于文件的数据读写，DatagramChannel 用于 UDP 的数据读写，ServerSocketChannel 和SocketChannel 用于 TCP 的数据读写。

2.3 Buffer和Channel的注意事项和细节。

1. ByteBuffer 支持类型化的 put 和 get, put 放入的是什么数据类型，get 就应该使用相应的数据类型来取出，否则可能有 BufferUnderflowException 异常。
2. 可以将一个普通Buffer转成只读Buffer
3. NIO 还提供了 MappedByteBuffer， 可以让文件直接在内存(堆外的内存)中进行修改， 而如何同步到文件 由 NIO 来完成.
4. 前面我们讲的读写操作，都是通过一个Buffer完成的，NIO还支持通过多个Buffer(即Buffer数组)完成读写操作，即Scattering和Gathering

• 1. Scattering:将数据写入到 buffer 时，可以采用 buffer 数组，依次写入 [分散]
• 2. Gathering: 从 buffer 读取数据时，可以采用 buffer 数组，依次读

2.4 Selector（选择器）

1. Java的NIO，用非阻塞的IO方式，可以用一个线程处理多个的客户端连接，就会使用到 Selector(选择器)

2. Selector 能够检测多个注册的通道上是否有事件发生(注意:多个Channel以事件的方式可以注册到同一个Selector)，如果有事件发生，便获取事件然后针对每个事件进行相应的处理。这样就可以只用一个单线程去管 理多个通道，也就是管理多个连接和请求。【示意图】
   

3. 只有在连接/通道真正有读写事件发生时，才会进行读写，就大大地减少了系统开销，并且不必为每个连接都 创建一个线程，不用去维护多个线程

4. 避免了多线程之间的上下文切换导致的开销

与netty有什么关系

1. Netty的IO线程 NioEventLoop 聚合了 Selector(选择器，也叫多路复用器)，可以同时并发处理成百上千个客户端连接。
2. 当线程从某客户端 Socket 通道进行读写数据时，若没有数据可用时，该线程可以进行其他任务。
3. 线程通常将非阻塞IO的空闲时间用于在其他通道上执行 IO 操作，所以单独的线程可以管理多个输入和输出通道。
4. 由于读写操作都是非阻塞的，这就可以充分提升 IO 线程的运行效率，避免由于频繁 I/O 阻塞导致的线程挂起。
5. 一个I/O线程可以并发处理N个客户端连接和读写操作，这从根本上解决了传统同步阻塞I/O一连接一线程模型，架构的性能、弹性伸缩能力和可靠性都得到了极大的提升

Selector、selectionKey、ServerSocketChannel和SocketChannel关系梳理图。

1. 当客户端连接时，会通过ServerSocketChannel得到SocketChannel
2. 将socketChannel注册到Selector上，regist(Slector sel,int ops)，一个selector上可以注册多个SocketChannel。
3. 注册后返回一个SelectionKey，回纥该Selector关联（集合）
4. Selector进行监听select方法，返回有事件发生通道的个数
5. 进一步得到各个 SelectionKey (有事件发生)
6. 再通过SelectionKey反向获取 SocketChannel,方法 channel()
7. 可以通过 得到的 channel , 完成业务处理