Java NIO

NIO核心类库

1. 缓冲区Buffer

– 是一块连续的内存块。
– 是 NIO 数据读或写的中转地。

Buffer是个抽象类。内部包含的重要属性有：position, limit, capacity

提供的基本方法包括：
flip(): 写模式转换成读模式
rewind()：将 position 重置为 0 ，一般用于重复读。
clear() ：清空 buffer ，准备再次被写入 (position 变成 0 ， limit 变成 capacity) 。
compact(): 将未读取的数据拷贝到 buffer 的头部位。
mark()、reset()：mark 可以标记一个位置， reset 可以重置到该位置。

基本类型均有对应的Buffer类型。
ByteBuffer 、 MappedByteBuffer 、 CharBuffer 、 DoubleBuffer 、 FloatBuffer 、 IntBuffer 、 LongBuffer 、ShortBuffer 。每种类型内部都包含一个该基本类型的数组。如 IntBuffer，

 final int[] hb;    

2. 通道Channel

– 数据的源头或者数据的目的地
– 用于向 buffer 提供数据或者读取 buffer 数据 ,buffer 对象的唯一接口。
– 异步 I/O 支持
可以想象成自来水管。与流不同的是，通道是双向的。业务包容性增大，减少频繁创建管道。
每个客户端都有一个通道。
Channel的几种类型：

• FileChannel 从文件中读写数据。与Selector一起使用时，Channel必须处于非阻塞模式下。这意味着不能将FileChannel与Selector一起使用。
• DatagramChannel能通过UDP读写网络中的数据。
• SocketChannel 能通过TCP读写网络中的数据。
• ServerSocketChannel可以监听新进来的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。

3. 多路复用器Selector

多个通道可以注册到一个Selector之上，Selector通过不断轮询这些通道，来监听它们的事件，然后将事件分发出去，或基于事件触发相应的响应。
SelectionKey可以获取就绪通道的集合。
底层使用Epoll()取代了传统select实现，优势在于没有最大句柄1024/2048的限制。
只需要一个线程负责Selector的轮询，就可以接入成千上万的客户端接入。
主要方法：
open()|打开一个选择器。
select()|选择一组键，其相应的通道已为 I/O 操作准备就绪。
selectedKeys()|返回此选择器的已选择键集。

SelectionKey四个重要常量，其实也是Selector监听SocketChannel的四种不同类型的事件。
OP_ACCEPT | 用于套接字接受操作的操作集位。
OP_CONNECT | 用于套接字连接操作的操作集位。
OP_READ |用于读取操作的操作集位。
OP_WRITE |用于写入操作的操作集位。

实例：使用NIO实现一个服务器端，接收多个客户端消息，并给出响应。

(注意当中的关键方法调用)

public class NIOServer {
    private static ServerSocketChannel server;
    private static int port = 8080;

    //多路复用器
    private static Selector selector;

    ByteBuffer rBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
    ByteBuffer wBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);

    Map sessionMsg = new HashMap<>();

    public NIOServer(int port) throws IOException {
        this.port = port;
        server = ServerSocketChannel.open();
        server.socket().bind(new InetSocketAddress(port));
        server.configureBlocking(false);
        selector = Selector.open();
        server.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
        System.out.println("NIO服务已经启动，且监听端口是"+this.port);
    }

    //监听请求方法
    public void listen() throws IOException {
        while(true) {
            //通过selector来看有没有注册事件
            int eventCount = selector.select();
            if(eventCount<=0) {
                //继续轮询 NIO内部机制：不断轮询注册到selector上的多个Channel
                continue;
            }
            Set keys = selector.selectedKeys();
            Iterator iter = keys.iterator();
            while(iter.hasNext()) {
                //处理客户端事件
                process(iter.next());
                //处理完的事情移除
                iter.remove();
            }
        }
    }

    //详细处理客户端事件
    private void process(SelectionKey key) {
        SocketChannel client = null;
        try {
            if (key.isValid() && key.isAcceptable()) {
                client = server.accept();
                client.configureBlocking(false);
                client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
            } else if(key.isValid() && key.isReadable()) {
                //读到缓冲区
                rBuffer.clear();
                client = (SocketChannel)key.channel();
                int len = client.read(rBuffer);
                if(len > 0) {
                    String msg = new String(rBuffer.array(), 0, len);
                    sessionMsg.put(key, msg);
                    //读完，下次可以写了
                    client.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE);
                }
            } else if(key.isValid() && key.isWritable()) {
                if(!sessionMsg.containsKey(key)) {
                    return;
                }
                //服务器回客户端消息
                client = (SocketChannel)key.channel();
                wBuffer.clear();
                wBuffer.put((new String(sessionMsg.get(key) + "请求完成")).getBytes());
                //设置读取位
                wBuffer.flip();
                client.write(wBuffer);
                client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
            }
        } catch (IOException e) {
            try {
                key.cancel();
                client.socket().close();
                client.close();
            } catch (IOException ex) {
                ex.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            new NIOServer(port).listen();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

引用
JAVA NIO 简介