java NIO基础

Posted 2022-08-25 flyuz

Java I/O 分类

• 磁盘操作：File
  
• 字节操作：InputStream 和 OutputStream
  
• 字符操作： Writer 和 Reader
  
• 对象操作：Serializable
  
• 网络操作：Socket
  
• 新的输入/输出：NIO

NIO

（1）通道(Channel)

通道 Channel 是对原 I/O 包中的流的模拟，Channel 本身不能直接访问数据，Channel 只能与Buffer 进行交互。

通道与流的不同之处在于，流只能在一个方向上移动(一个流必须是 InputStream 或者 OutputStream 的子类)，而通道是双向的，可以用于读、写或者同时用于读写。

通道包括以下类型：

• FileChannel：从文件中读写数据；
  
• DatagramChannel：通过 UDP 读写网络中数据；
  
• SocketChannel：通过 TCP 读写网络中数据；
  
• ServerSocketChannel：可以监听新进来的 TCP 连接，对每一个新进来的连接都会创建一个 SocketChannel。

（2）缓冲区(Buffer)

发送给一个通道的所有数据都必须首先放到缓冲区中，同样地，从通道中读取的任何数据都要先读到缓冲区中。也就是说，不会直接对通道进行读写数据，而是要先经过缓冲区。

缓冲区实质上是一个数组，但它不仅仅是一个数组。缓冲区提供了对数据的结构化访问，而且还可以跟踪系统的读/写进程。

根据基本数据类型不同(boolean 除外) ，分别各有 Buffer 子类

直接与非直接内存

• 非直接缓冲区：通过 allocate() 方法分配缓冲区，将缓冲区建立在 JVM 的内存中。适用于并发连接数少于1000，I/O操作较少

• 直接字节缓冲区：通过 allocateDirect() 方法分配直接缓冲区，将缓冲区建立在物理内存中。适用于数据量比较大，生命周期比较长

• allocateDirect()方法返回的DirectByteBuffer就是与底层存储空间关联的缓冲区，它通过Native代码操作非JVM堆的内存空间，每次创建或者释放的时候都调用System.gc()。注意，使用DirectByteBuffer时可能会引起JVM内存泄漏的问题。

• 字节缓冲区是直接缓冲区还是非直接缓冲区通过调用其 isDirect() 方法确定。

（3）选择器（Selector）

NIO 是非阻塞模式的。当线程从某通道进行读写数据时，若没有数据可用时，该线程可以进行其他任务。
Selector 通过轮询的方式去监听多个通道 Channel 上的事件，从而让一个线程就可以处理多个事件。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。

NIO使用实例

public class NIOTest 

    public static void main(String[] args) throws IOException 
        //创建选择器
        Selector selector = Selector.open();
        //将通道注册到选择器上
        ServerSocketChannel ssChannel = ServerSocketChannel.open();
        ssChannel.configureBlocking(false);
        ssChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

        ServerSocket serverSocket = ssChannel.socket();
        InetSocketAddress address = new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8888);
        serverSocket.bind(address);

        while (true) 
            //一次 select()调用不能处理完所有的事件，并且服务器端有可能需要一直监听事件
            //因此服务器端处理事件的代码一般会放在一个死循环内。
            selector.select();
            Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();
            Iterator<SelectionKey> keyIterator = keys.iterator();

            while (keyIterator.hasNext()) 
                SelectionKey key = keyIterator.next();
                if (key.isAcceptable()) 
                    ServerSocketChannel ssChannel1 = (ServerSocketChannel) key.channel();
                    // 服务器会为每个新连接创建一个 SocketChannel
                    SocketChannel sChannel = ssChannel1.accept();
                    sChannel.configureBlocking(false);
                    // 这个新连接主要用于从客户端读取数据
                    sChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                 else if (key.isReadable()) 
                    SocketChannel sChannel = (SocketChannel) key.channel();
                    System.out.println(readDataFromSocketChannel(sChannel));
                    sChannel.close();
                
                keyIterator.remove();
            
        
    

    private static String readDataFromSocketChannel(SocketChannel sChannel) throws IOException 
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        StringBuilder data = new StringBuilder();

        while (true) 
            buffer.clear();
            int n = sChannel.read(buffer);
            if (n == -1) 
                break;
            
            buffer.flip();
            int limit = buffer.limit();
            char[] dst = new char[limit];
            for (int i = 0; i < limit; i++) 
                dst[i] = (char) buffer.get(i);
            
            data.append(dst);
            buffer.clear();
        
        return data.toString();
    

public class NIOClient 
    public static void main(String[] args) throws IOException 
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        String s = "Hello world";
        out.write(s.getBytes());
        out.close();