Java NIO：NIO概述

Posted 2020-06-13

 

NIO中的几个基础概念

　　NIO中几个比较关键的概念：Channel(通道)，Buffer(缓冲区)，Selector(选择器)。

 

概述

　　① Channel，通道，顾名思义，就是通向什么的道路，为某个提供了渠道。　　

　　    在传统IO中，我们要读取一个文件中的内容，通常如下：
　　　  public class Test {
　　　　　　public static void main(String[] args) throws IOException {
　　　　　　　　File file = new File("data.txt");
　　　　　　　　InputStream inputStream = new FileInputStream(file);
　　　　　　　　byte[] bytes = new byte[1024];
　　　　　　　　inputStream.read(bytes);
　　　　　　　　inputStream.close();
　　　　　　}
　　　　}

　　    这里的InputStream，实际上就是为读取文件提供了一个通道。

　　    因此，可以将NIO 中的Channel同传统IO中的Stream来类比。

　　    传统IO中，Stream是单向的，比如InputStream只能进行读取操作，OutputStream只能进行写操作。而Channel是双向的，既可用来进行读操作，又可用来进行写操作。

 

　　② Buffer(缓冲区)，在NIO中所有数据的读和写都离不开Buffer。

　　    比如上面的一段代码中，读取数据时放在byte数组当中，而在NIO中，读取的数据只能放在Buffer中。同样地，写入数据也是先写入到Buffer中。

 

　　③ Selector，可以说它是NIO中最关键的一个部分。

　　　 Selector的作用就是用来轮询每个注册的Channel，一旦发现Channel有注册的事件发生，便获取事件然后进行处理。

　　　 比如看下面的这个例子：

 　　　　

　　   用单线程处理一个Selector，然后通过Selector.select()方法来获取到达事件，在获取了到达事件之后，就可以逐个地对这些事件进行响应处理。

 

一、Channel

　　Channel和传统IO中的Stream相似。虽然相似，但仍有很大的区别，主要区别为：

　　通道是双向的，通过一个Channel既可以进行读，也可以进行写；而Stream只能进行单向操作，通过一个Stream只能进行读或者写； 　

　　以下是常用的几种通道：
　　FileChannel
　　SocketChanel
　　ServerSocketChannel
　　DatagramChannel

　　通过使用FileChannel可以从文件读或者向文件写入数据；通过SocketChannel，以TCP来向网络连接的两端读写数据；通过ServerSocketChanel能够监听客户端发起的TCP连接，并为每个TCP连接创建一个新的SocketChannel来进行数据读写；通过DatagramChannel，以UDP协议来向网络连接的两端读写数据。

 

　　下面给出通过FileChannel来向文件中写入数据的一个例子：

　　public class Test {
　　　　public static void main(String[] args) throws IOException {
　　　　　　File file = new File("data.txt");
　　　　　　FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream(file);

　　　　　　FileChannel channel = outputStream.getChannel();
　　　　　　ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
　　　　　　String string = "java nio";

　　　　　　buffer.put(string.getBytes());
　　　　　　buffer.flip(); //此处必须要调用buffer的flip方法
　　　　　　channel.write(buffer);
　　　　　　channel.close();
　　　　　　outputStream.close();
　　　　}
　　}

　　通过上面的程序会向工程目录下的data.txt文件写入字符串”java nio”，注意在调用channel的write方法之前必须调用buffer的flip方法，否则无法正确写入内容，至于具体原因将在下篇博文中具体讲述Buffer的用法时阐述。

 

二、Buffer

　　Buffer，故名思意，缓冲区，实际上是一个容器，是一个连续数组。Channel提供从文件、网络读取数据的渠道，但是读取或写入的数据都必须经由Buffer。具体看下面这张图就理解了：

　　　　

　　上面的图描述了，从一个客户端向服务端发送数据，然后服务端接收数据的过程。客户端发送数据时，必须先将数据存入Buffer中，然后将Buffer中的内容写入通道。服务端这边接收数据必须通过Channel将数据读入到Buffer中，然后再从Buffer中取出数据来处理。　　

　　在NIO中，Buffer是一个顶层父类，它是一个抽象类，常用的Buffer的子类有：
　　ByteBuffer
　　IntBuffer
　　CharBuffer
　　LongBuffer
　　DoubleBuffer
　　FloatBuffer
　　ShortBuffer

　　如果是对于文件读写，上面几种Buffer都可能会用到。但是对于网络读写来说，用的最多的是ByteBuffer。

　　关于Buffer的具体使用以及它的limit、posiion和capacity这几个属性的理解在下一篇文章中讲述。

 

三、Selector

　　Selector类是NIO的核心类，Selector能够检测多个注册的通道上是否有事件发生，如果有事件发生，便获取事件，然后针对每个事件进行相应的响应处理。这样一来，只是用一个单线程就可以管理多个通道，也就是管理多个连接。这样使得只有在连接真正有读写事件发生时，才会调用函数来进行读写，就大大地减少了系统开销，并且不必为每个连接都创建一个线程，不用去维护多个线程，并且避免了多线程之间的上下文切换导致的开销。

　　与Selector有关的一个关键类是SelectionKey，一个SelectionKey表示一个到达的事件，这2个类构成了服务端处理业务的关键逻辑。

　　关于Selector类的具体使用将在后续文章中阐述。