NIO三大核心详解

科技 07-19 来源：奋斗喝咖啡

NIO介绍

Java NIO 全称java non-blocking IO ，是指 JDK 提供的新 API。从 JDK1.4 开始，Java 提供了一系列改进的输入/输出的新特性，被统称为 NIO(即 New IO)，是同步非阻塞的.

NIO有三大核心部分：Channel(通道)，Buffer(缓冲区), Selector(选择器)
NIO是面向缓冲区编程的。数据读取到一个缓冲区中，需要时可在缓冲区中前后移动，这就增加了处理过程中的灵活性，使用它可以提供非阻塞式的高伸缩性网络，相比于BIO的流，缓冲区的效率要更高
Java NIO 的非阻塞模式，使一个线程从某通道发送请求或者读取数据，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。而BIO即使没有数据可用，线程依然会阻塞，造成资源的浪费

NIO三大核心原理示意图

1:客户端发起连接请求
2:服务端发现这是一个连接请求，会生成一个对应的SocketChannel，然后将该SocketChannle注册到Selector选择器上
3:Selector会不断的轮询已经注册了的Channle，如果有IO事件(有客户端发起了读写请求)，就会根据不同的事件(read/write)类型做对应的处理

3:三大核心之缓冲区Buffer

3.1:缓冲区基本介绍

Buffer：缓冲区本质是一块可以读写的内存块，可以理解成一个数组，该对象提供了一组方法，可以更轻松的使用该内存块。Channle提供网络读取数据的通道，但是读取和写入都必须经过Buffer

3.2:缓冲区常用API介绍

Buffer类及其子类

缓冲区对象创建

 //创建一个指定大小大小为10字节的缓冲区 
ByteBuffer allocate = ByteBuffer.allocate(10);  //堆内存
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(10); //堆外内存

//创建一个有内容的缓冲区
ByteBuffer wrap = ByteBuffer.wrap("abc".getBytes());

缓冲区对象添加数据

ByteBuffer allocate = ByteBuffer.allocate(10);

//获取当前要操作的索引位置，是从position这个位置开始,写要从该位置开始写，即使前面没有数据，也只能从这里开始写
//新创建的Buffer的position就是为0，也就是可以从索引第0个位置开始写入数据
int position = allocate.position();
//设置索引位置在某个位置,如果我们想从索引为1的位置开始写，就可以设置position的值
allocate.position(1);

//limit表示我们最多能操作到那个位置，Buffer底层是个数组。这时候我们创建了一个容量等于10的Buffer
//在创建的时候limit = 10,也就是说我们只能写到索引为10的这个位置，在往后写就会报错
int limit = allocate.limit();

//我们也可以设置limit的值，比如设置成8，那就只能写到索引为8的这个位置，后面的就不能写
allocate.limit(8);

//表示的是数组的总的容量
int capacity = allocate.capacity();


//表示还有多少个索引能够被操作
// 比如你创建了个容量 = 10的Buffer，此时你只写了5个索引的数据，那还剩下5个索引位置可以写，那么此时该方法返回的就是5,该值就等于 limit - position的值
int remaining = allocate.remaining();
//是否还能被操作，是否还有可以操作的索引
boolean b = allocate.hasRemaining();

缓冲区对象读取数据

ByteBuffer allocate = ByteBuffer.allocate(10);

//写切换成读模式，在写的时候，limit = 10，如果这时候插入了5个索引元素，此时position = 5；
//当切换成读模式，limit = position = 5，position = 0；因为读数据也是要根据position的位置来读，
//但是现在我们只能读取5个索引位置的元素，因为我们只插入了5个索引元素，所以limit = position来限制读取的范围
allocate.flip();

//读取一个字节,每读一个字节position就+1；
allocate.get();

//读多个字节
allocate.get(byte[] srcs);

//读取指定字节,读取指定索引数据不受position的影响
allocate.get(i);

//将position重新设置为0，可以重复读
allocate.rewind();

//切换成写模式，position = 0，limit = capacity(数组总的容量)
allocate.clear();


//转换成数组
byte[] array =  allocate.array();

flip()方法图解

clear()方法图解

4:三大核心之缓冲区Channel

通常来说NIO的所有IO都是从Channel(通道)开始的，NIO通道类似于BIO中的流，但是又有区别

1:流是单向的，Channel是双向的
2:流是基于字节，字符的，Channle是基于Buffer缓冲区的
3:通道可以异步读写

4.1:channle常用类介绍

FileChannle：用于文件的数据读写
DatagramChannle:用于UDP的数据读写
ServerSocketChannel和SocketChannle：用于TCP的数据读写，可以理解成ServerSocketChannle就相当于BIO中的ServerSOcket,SocketChannle相当于BIO中的Socket

5:三大核心之Selector选择器

为什么NIO需要Selector选择器呢。假设NIO没有这个Selector选择器，那么此时一个客户端连接过来就要对应的一个线程去处理，但是这个客户端可能只是连接一下，并不会立马就会有读写事件，那么此时依然会造成线程的阻塞，导致资源的浪费

但是有了Selector之后，客户端发送连接请求之后，服务端就把对应的SocketChannle注册到Selector上去。如果这时候该客户端Channle上有读写事件发生，再把请求交给对应的线程处理，如果没有就不做任何处理，这样没有事件的时候线程不会处于阻塞状态，也不会导致系统资源的浪费，只有真正有事件发生的Channel才会交给对应的线程去处理