Deep Dive 3 - NIO
我们来继续80后Deep Dive 3 - NIO。
Java NIO(New IO)是Java 1.4中引入的，时间的话已经是2002年了，确实久远。NIO的全称是New IO，作者偷懒就直接称之为NIO， 反而听起来酷酷的。
1. NIO 之父
老样子，我们先看看NIO的作者，NIO之父Mark Reinhold。
Mark大叔毕业于MIT Ph.D.，老SUN员工了。大叔1996年加入Sun，一待就是13年，全心开发Java，后来Oracle于2010年收购SUN，被迫变成Oracle员工，担任Java首席架构师一直到现在，说白了一直从事Java开发19年了，不对是“一直开发Java19年”， 区别大了。
大牛有一段自我介绍中提及了Sun，很有意思, 只可意会。
Prior to working at Oracle I did much the same thing at Sun Microsystems, a great company which was too lucky for its own good during the boom years and subsequently driven into the ground by a false prophet who was long on vision and short on execution.
http://mreinhold.org/
不小心故意瞅了一眼大师的朋友圈，好家伙，果然大师的朋友圈都是大神。
看到第一个了么？Java之父啊。没个XXO头衔都不好意思加好友。
2. NIO 概述
可以看出NIO核心主要提供了Channel与Buffer，以及隐含在包中的异步IO与Selector。
- Channel与Buffer ： 标准的IO是基于字节流与字符流操作的， 而NIO是基于Channel通道与Buffer缓冲区的。
- Non-Blocking IO ： NIO可以做到非阻塞IO（除文件IO），如线程可以Channel读取数据到Buffer， 同时还可以并行做其他事情；当数据写入缓冲区后可以继续；
- Selector ：选择器Selector可以用来监听多个事件，如单个线程监听多个数据通道等。
2.1 Channel
Channel接口定义很清爽，少到几乎不看注视不知道干嘛。好吧，注释有云：Channel代表了与一个实体对象entity的连接，如文件，网络socket, 甚至硬件设备等。
大体来说，Channel的目的是为其子类及实现支持并发多线程访问的安全环境。Channel有点类似我们熟悉的流，数据可以与Buffer进行双向交互。
如图：（图来自jenkov.com/）
主要实现有以下类涵盖了文件，TCP, UDP．
- FileChannel
- DatagramChannel
- SocketChannel
- ServerSocketChannel
2.2 Buffer
Buffer简单来说是一块可被读写的内存数据块，封装成Buffer对象用来交互。
Buffer根据数据类型又分成如上几种。Buffer有几个核心属性我们需要了解一下。
上图：
首先，Buffer区分读模式与写模式。
- Capacity 即其Buffer的总容量；单位为当前数据类型，如1024 capacity long数据。可以在其满了以后，清空(读数据/清除)。
- Position 请看图即可；No? 写模式就是当前写的位置，初始为0, 并随着数据的写入而动态变化；通过flip切换到读模式时，首先重置0，当读取数据时，position会动态移动到下一个可读位置。
- Limit 写模式下表示最多能写多少数据，等于capacity；切换到读模式后，limit会设置成为写模式的position位置，即可以读到之前写入的所有数据；
- flip() 将Buffer从写模式切换到读模式，即会将position设为0, 并将limit设置为之前的position值。
Buffer 可以通过allocate方法来分配， 如：
- CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(1024);
看一个简单例子：
稍微提及一下java的基本IO操作模型，以文件copy为例：
-
开启输入流将文件读入内存：输入数据先进入Kernel区域，再copy到JVM
-
开启输出流将内存中的数据输出到另一个文件: 先由JVM cop到Kernel再到终端
ByteBuffer
其中ByteBuffer又分为HeapByteBuffer与DirectByteBuffer.
显然，一个是在java堆中分配空间，一个是在c heap中分配空间，即非gc托管，无法进行垃圾回收。所以，c heap的buffer需要手工释放。
所以，按照我们上文提及的基本IO操作模型，direct buffer显然省掉了jvm copy这个过程，速度会加快。
另外，稍微提及一下，Off-Heap Buffer经常用来做大对象缓存, 为什么？ 因为这样可以脱离GC管理，不被垃圾回收掉。
2.2 Non-Blocking iO
Blocking v.s. Non-Blocking: 阻塞IO是在调用某方法时线程是处于阻塞的，它会一直等待数据返回或者超时才返回，如InputStream.read(); ServerSocket.accept(); 说的再细点的话，结合操作模型，程序首先发送请求给内核kernel，然后内核去进行网路通信，如果是read()， 在内核准备好数据前，这个线程一直会被挂起，一直等待。
详细过程如下：
有了上面的铺垫，则对应的非阻塞则好理解了：
一个明显区别就是，当发起第一次call请求后，Non-Blocking的线程并没有被阻塞，但它也没有去做别的事，而是不断的发起call请求去检测等待返回。这样的机制，其实只用一个线程来监听，其它线程都可以去做其他事情, 从而引出了NIO中的selector机制。
Selector选择机制：
Selector（选择器）是Java NIO中能够检测一到多个NIO通道，并能够知晓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。
双向通道channel上我们可以注册我们感兴趣的事件：
| 事件名 | 对应值 |
| 服务端接收客户端连接事件 | SelectionKey.OP_ACCEPT(16) |
| 客户端连接服务端事件 | SelectionKey.OP_CONNECT(8) |
| 读事件 | SelectionKey.OP_READ(1) |
| 写事件 | SelectionKey.OP_WRITE(4) |
代码如下：
值得注意的是，NIO中只支持SocketChannel与ServerSocketChannel, FileChannel是不能实现NIO的。但我们知道上面的io与内核的交互以及DirectByteBuffer，仍然有办法加速文件的io。
2.4 AIO (Asynchronous I/O) = NIO 2.0
Java 1.7又引入了AIO, 即异步IO。细心的读者观察到，上面Non-Blocking的线程并没有被阻塞，但它也没有去做别的事，而是不断的发起call请求去检测等待返回。而可以更佳智能就好了。
想到以前看过的一本书的例子，以物流快递为例，名字忘记了。
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BlockingIO ： 你要去物流快递公司等货，并且不能离开，一直等下去。
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Non-Blocking：你只要每天去物流快递公司看一下，甚至一个小区可以派一个人去看看整个小区有没有快递，如selector模式。
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Asynchronous I/O:快递来了， 您只要签收就好。
好吧， 原来快递行业玩的也是高大上的AIO， 哈哈。
本文有些图片解释参考自：
http://tutorials.jenkov.com/java-nio/overview.html