当前位置 博文首页 > 努力充实，远方可期：【网络通信】Java NIO
事件驱动+多路复用
写事件代表底层缓冲区是否有空间，有则响应true
NIO是一种同步非阻塞的I/O模型，在Java 1.4 中引入了 NIO 框架，对应 java.nio 包，提供了 Channel , Selector，Buffer等抽象。
NIO中的N可以理解为Non-blocking，不单纯是New。它支持面向缓冲的，基于通道的I/O操作方法。 NIO提供了与传统BIO模型中的 Socket 和 ServerSocket 相对应的 SocketChannel 和 ServerSocketChannel 两种不同的套接字通道实现，两种通道都支持阻塞和非阻塞两种模式。
对于低负载、低并发的应用程序，可以使用同步阻塞I/O来提升开发速率和更好的维护性；对于高负载、高并发的（网络）应用，应使用 NIO 的非阻塞模式来开发。
那么NIO如何做到一个线程，一个while死循环就能监测1w个连接是否有数据可读的呢？这就是NIO模型中selector的作用，一条连接来了之后，现在不创建一个while死循环去监听是否有数据可读了，而是直接把这条连接注册到selector上，然后，通过检查这个selector，就可以批量监测出有数据可读的连接，进而读取数据
NIO和BIO之间第一个最大的区别是，
IO的各种流是阻塞的。这意味着，当一个线程调用read() 或 write()时，该线程被阻塞，直到有一些数据被读取，或数据完全写入。该线程在此期间不能再干任何事情了。
NIO的非阻塞模式，使一个线程从某通道发送请求读取数据，但是它仅能得到目前可用的数据，如果目前没有数据可用时，就什么都不会获取。而不是保持线程阻塞，所以直至数据变的可以读取之前，该线程可以继续做其他的事情。
非阻塞写也是如此。一个线程请求写入一些数据到某通道，但不需要等待它完全写入，这个线程同时可以去做别的事情。 线程通常将非阻塞IO的空闲时间用于在其它通道上执行IO操作，所以一个单独的线程现在可以管理多个输入和输出通道（channel）。
NIO是一种同步非阻塞IO，主要有三大核心部分：Channel(通道)，Buffer(缓冲区), Selector（多路复用器）。传统IO基于字节流和字符流进行操作，而NIO基于Channel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。Selector(多路复用器)用于监听多个通道的事件（比如：连接打开，数据到达）。因此，单个线程可以监听多个数据通道。
NIO 通过Channel（通道） 进行读写
java.nio 包中实现的以下几个 Channel：
Channel 经常翻译为通道，类似 IO 中的流，用于读取和写入。它与前面介绍的 Buffer 打交道，读操作的时候将 Channel 中的数据填充到 Buffer 中，而写操作时将 Buffer 中的数据写入到 Channel 中。
内存向CPU申请权限，得到DMA权限后就可由内存进行IO，无需占用CPU资源，CPU就可以进行别的计算了。
但DMA总线过多就造成总线冲突的问题，也会影响性能。所以就提出了通道的方式。通道是一个完全独立的处理器，专门进行IO操作。
通道用于源节点与目标节点的连接。在Java NIO中负责缓冲区中数据的传输。Channel本身并不存储数据，因此需要配合Buffer一起使用
方式1：通过流获取该流对应的通道。
// 流对象.getChannel() 方法
FileChannel fc = new FileOutputStream("data.txt").getChannel();
方式2：在JDK1.7中的NIO.2 针对各个通道提供了静态方法 FileChannel.open();
/*
java.nio.channels.Channel通道接口：
主要实现类
用于本地数据传输：
|-- FileChannel
|-- RandomAccessFile
用于网络数据传输：
|-- SocketChannel
|-- ServerSocketChannel
|-- DatagramChannel
*/
例：
方式3：在JDK1.7中的NIO2 的Files工具类的 newByteChannel();
我想文件操作对于大家来说应该是最熟悉的，不过我们在说 NIO 的时候，其实 FileChannel 并不是关注的重点。而且后面我们说非阻塞的时候会看到，FileChannel 是不支持非阻塞的。
这里算是简单介绍下常用的操作吧，感兴趣的读者瞄一眼就是了。
初始化：
FileInputStream inputStream = new FileInputStream(new File("/data.txt"));
FileChannel fileChannel = inputStream.getChannel();
当然了，我们也可以从 RandomAccessFile#getChannel 来得到 FileChannel。
读取文件内容：
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
int num = fileChannel.read(buffer);
前面我们也说了，所有的 Channel 都是和 Buffer 打交道的。
写入文件内容：
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
buffer.put("随机写入一些内容到 Buffer 中".getBytes());
// Buffer 切换为读模式
buffer.flip();
while(buffer.hasRemaining()) {
// 将 Buffer 中的内容写入文件
fileChannel.write(buffer);
}
我们前面说了，我们可以将 SocketChannel 理解成一个 TCP 客户端。虽然这么理解有点狭隘，因为我们在介绍 ServerSocketChannel 的时候会看到另一种使用方式。
打开一个 TCP 连接：
SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("https://www.javadoop.com", 80));
当然了，上面的这行代码等价于下面的两行：
// 打开一个通道
SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
// 发起连接
socketChannel.connect(new InetSocketAddress("https://www.javadoop.com", 80));
SocketChannel 的读写和 FileChannel 没什么区别，就是操作缓冲区。
// 读取数据
socketChannel.read(buffer);
// 写入数据到网络连接中
while(buffer.hasRemaining()) {
socketChannel.write(buffer);
}
不要在这里停留太久，先继续往下走。
之前说 SocketChannel 是 TCP 客户端，这里说的 ServerSocketChannel 就是对应的服务端。
ServerSocketChannel 用于监听机器端口，管理从这个端口进来的 TCP 连接。
// 实例化
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
// 监听 8080 端口
serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8080));
while (true) {
// 一旦有一个 TCP 连接进来，就对应创建一个 SocketChannel 进行处理
SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
}
这里我们可以看到 SocketChannel 的第二个实例化方式
到这里，我们应该能理解 SocketChannel 了，它不仅仅是 TCP 客户端，它代表的是一个网络通道，可读可写。
ServerSocketChannel 不和 Buffer 打交道了，因为它并不实际处理数据，它一旦接收到请求后，实例化 SocketChannel，之后在这个连接通道上的数据传递它就不管了，因为它需要继续监听端口，等待下一个连接。
UDP 和 TCP 不一样，DatagramChannel 一个类处理了服务端和客户端。
科普一下，UDP 是面向无连接的，不需要和对方握手，不需要通知对方，就可以直接将数据包投出去，至于能不能送达，它是不知道的
监听端口：
DatagramChannel channel = DatagramChannel.open();
channel.socket().bind(new InetSocketAddress(9090));
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
channel.receive(buf);
发送数据：
String newData = "New String to write to file..."
+ System.currentTimeMillis();
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
buf.put(newData.getBytes());
buf.flip();
int bytesSent = channel.send(buf, new InetSocketAddress("jenkov.com", 80));
ServerSocketChannel 在服务器端监听新的客户端 Socket 连接。
NIO 中的 ServerSocketChannel 功能类似 ServerSocket， SocketChannel 功能类似 Socket
public abstract class ServerSocketChannel
extends AbstractSelectableChannel
implements NetworkChannel{
protected ServerSocketChannel(SelectorProvider provider) {
super(provider);
}
// 得到一个ServerSocketChannel通道
public static ServerSocketChannel open() throws IOException {
return SelectorProvider.provider().openServerSocketChannel();
}
// 给ServerSocketChannel绑定端口号
public final ServerSocketChannel bind(SocketAddress local)
throws IOException{
return bind(local, 0);
}
public abstract ServerSocket socket();
// 接收一个连接，返回代表这个连接的通道对象
public abstract SocketChannel accept() throws IOException;
// 设置阻塞或非阻塞，取值 false 表示采用非阻塞模式 // AbstractSelectableChannel.java
public final SelectableChannel configureBlocking(boolean block) {
synchronized (regLock) {
if (!isOpen())
throw new ClosedChannelException();
if (blocking == block)
return this;
if (block && haveValidKeys())
throw new IllegalBlockingModeException();
implConfigureBlocking(block);
blocking = block;
}
return this;
}
//注册一个选择器并设置监听事件
public final SelectionKey register(Selector sel, int ops)，
SocketChannel，网络 IO 通道，具体负责进行读写操作。NIO 把缓冲区的数据写入通道，或者把通道里的数据读到缓冲区。
public abstract class SocketChannel
extends AbstractSelectableChannel
implements ByteChannel, ScatteringByteChannel, GatheringByteChannel, NetworkChannel
{//多了 ByteChannel, ScatteringByteChannel, GatheringByteChannel 分散聚集功能
protected SocketChannel(SelectorProvider provider) {
super(provider);
}
//得到一个 SocketChannel 通道
public static SocketChannel open() throws IOException {
return SelectorProvider.provider().openSocketChannel();
}
//设置阻塞或非阻塞模式，取值 false 表示采用非阻塞模式
public final SelectableChannel configureBlocking(boolean block);
public abstract Socket socket();
//从通道里读数据
public final long read(ByteBuffer[] dsts) throws IOException {
return read(dsts, 0,
