NIO讲解

一：什么是NIO?

二：NIO三大组件

1. channel
channel 有一点类似于 stream，它就是读写数据的双向通道，可以从 channel 将数据读入 buffer，也可以将 buffer 的数据写入 channel，而之前的 stream 要么是输入，要么是输出，channel 比 stream 更为底层

2. Buffer
2.1 ByteBuffer 正确使用姿势:
（1）向 buffer 写入数据，例如调用 channel.read(buffer)
（2）调用 flip() 切换至读模式
（3）从 buffer 读取数据，例如调用 buffer.get()
（4）调用 clear() 或 compact() 切换至写模式
（5）重复 1~4 步骤

2.2 ByteBuffer 结构
capacity
position
limit

写模式下，position 是写入位置，limit 等于容量，下图表示写入了 4 个字节后的状态

读模式下，position 切换为读取位置，limit 切换为读取限制

3. Selector
selector 的作用就是配合一个线程来管理多个 channel，获取这些 channel 上发生的事件，这些 channel 工作在非阻塞模式下，不会让线程吊死在一个 channel 上。适合连接数特别多，但流量低的场景（low traffic）

三：channel与selector的关系

selector 就可以监控多个 channel 的事件
1. 创建Selector
Selector selector = Selector.open();
2. Channel注册事件
channel.configureBlocking(false);
SelectionKey key = channel.register(selector, 绑定事件);
3. 监听 Channel 事件
可以通过selector.select()方法来监听是否有事件发生，方法的返回值代表有多少 channel 发生了事件

四：NIO处理read事件

@Slf4j
public class ChannelDemo6 {
    public static void main(String[] args) {
        try (ServerSocketChannel channel = ServerSocketChannel.open()) {
            channel.bind(new InetSocketAddress(8080));
            System.out.println(channel);
            Selector selector = Selector.open();
            channel.configureBlocking(false);
            channel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

        while (true) {
            int count = selector.select();
//                int count = selector.selectNow();
                log.debug("select count: {}", count);
//                if(count <= 0) {
//                    continue;
//                }

            // 获取所有事件
            Set keys = selector.selectedKeys();

            // 遍历所有事件，逐一处理
            Iterator iter = keys.iterator();
            while (iter.hasNext()) {
                SelectionKey key = iter.next();
                // 判断事件类型
                if (key.isAcceptable()) {
                    ServerSocketChannel c = (ServerSocketChannel) key.channel();
                    // 必须处理
                    SocketChannel sc = c.accept();
                    sc.configureBlocking(false);
                    sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                    log.debug("连接已建立: {}", sc);
                } else if (key.isReadable()) {
                    SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel();
                    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(128);
                    int read = sc.read(buffer);
                    if(read == -1) {
                        key.cancel();
                        sc.close();
                    } else {
                        buffer.flip();
                        debug(buffer);
                    }
                }
                // 处理完毕，必须将事件移除
                iter.remove();
            }
        }
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
 }
}

打印控制台输出：

sun.nio.ch.ServerSocketChannelImpl[/0:0:0:0:0:0:0:0:8080]
21:16:39 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo6 - select count: 1
21:16:39 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo6 - 连接已建立: java.nio.channels.SocketChannel[connected local=/127.0.0.1:8080 remote=/127.0.0.1:60367]
21:16:39 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo6 - select count: 1
         +-------------------------------------------------+
         |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 68 65 6c 6c 6f                                  |hello           |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
21:16:59 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo6 - select count: 1
21:16:59 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo6 - 连接已建立: java.nio.channels.SocketChannel[connected local=/127.0.0.1:8080 remote=/127.0.0.1:60378]
21:16:59 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo6 - select count: 1
         +-------------------------------------------------+
         |  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+
|00000000| 77 6f 72 6c 64                                  |world           |
+--------+-------------------------------------------------+----------------+

上述存在的问题：不处理边界的问题
解决思路：

1. 一种思路是固定消息长度，数据包大小一样，服务器按预定长度读取，缺点是浪费带宽
2. 另一种思路是按分隔符拆分，缺点是效率低
3. TLV 格式，即 Type 类型、Length 长度、Value 数据，类型和长度已知的情况下，就可以方便获取消息大小，分配合适的 buffer，缺点是 buffer 需要提前分配，如果内容过大，则影响 server 吞吐量
   Http 1.1 是 TLV 格式
   Http 2.0 是 LTV 格式