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核心

Channels
Buffers
Selectors

概述

Channel 和 Buffer

基本上，所有的 IO 在NIO 中都從一個Channel 開始。Channel 有點(diǎn)象流。數(shù)據(jù)可以從Channel讀到Buffer中，也可以從Buffer 寫到Channel中。這里有個圖示：

Channel和Buffer有好幾種類型。下面是JAVA NIO中的一些主要Channel的實(shí)現(xiàn)：

FileChannel
DatagramChannel
SocketChannel
ServerSocketChannel

這些通道涵蓋了UDP 和 TCP 網(wǎng)絡(luò)IO，以及文件IO。

以下是Java NIO里關(guān)鍵的Buffer實(shí)現(xiàn)：

ByteBuffer
CharBuffer
DoubleBuffer
FloatBuffer
IntBuffer
LongBuffer
ShortBuffer

這些Buffer覆蓋了你能通過IO發(fā)送的基本數(shù)據(jù)類型：byte, short, int, long, float, double 和 char。

Java NIO 還有個?MappedByteBuffer，用于表示內(nèi)存映射文件

Selector

Selector允許單線程處理多個 Channel。如果你的應(yīng)用打開了多個連接（通道），但每個連接的流量都很低，使用Selector就會很方便。例如，在一個聊天服務(wù)器中。

這是在一個單線程中使用一個Selector處理3個Channel的圖示：

要使用Selector，得向Selector注冊Channel，然后調(diào)用它的select()方法。這個方法會一直阻塞到某個注冊的通道有事件就緒。一旦這個方法返回，線程就可以處理這些事件，事件的例子有如新連接進(jìn)來，數(shù)據(jù)接收等。

Channel

Java NIO的通道類似流，但又有些不同：

既可以從通道中讀取數(shù)據(jù)，又可以寫數(shù)據(jù)到通道。但流的讀寫通常是單向的。
通道可以異步地讀寫。
通道中的數(shù)據(jù)總是要先讀到一個Buffer，或者總是要從一個Buffer中寫入。

正如上面所說，從通道讀取數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)，從緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)到通道。如下圖所示：

FileChannel 從文件中讀寫數(shù)據(jù)。
DatagramChannel 能通過UDP讀寫網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)。
SocketChannel 能通過TCP讀寫網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)。
ServerSocketChannel 可以監(jiān)聽新進(jìn)來的TCP連接，像Web服務(wù)器那樣。對每一個新進(jìn)來的連接都會創(chuàng)建一個SocketChannel。

RandomAccessFile?aFile?=?new?RandomAccessFile("data/nio-data.txt",?"rw");
FileChannel?inChannel?=?aFile.getChannel();

ByteBuffer?buf?=?ByteBuffer.allocate(48);

int?bytesRead?=?inChannel.read(buf);
while?(bytesRead?!=?-1)?{

System.out.println("Read?"?+?bytesRead);
buf.flip();

while(buf.hasRemaining()){
System.out.print((char)?buf.get());
}

buf.clear();
bytesRead?=?inChannel.read(buf);
}
aFile.close();

注意 buf.flip() 的調(diào)用，首先讀取數(shù)據(jù)到Buffer，然后反轉(zhuǎn)Buffer,接著再從Buffer中讀取數(shù)據(jù)。

Buffer

Java NIO中的Buffer用于和NIO通道進(jìn)行交互。如你所知，數(shù)據(jù)是從通道讀入緩沖區(qū)，從緩沖區(qū)寫入到通道中的。

緩沖區(qū)本質(zhì)上是一塊可以寫入數(shù)據(jù)，然后可以從中讀取數(shù)據(jù)的內(nèi)存。這塊內(nèi)存被包裝成NIO Buffer對象，并提供了一組方法，用來方便的訪問該塊內(nèi)存。

Buffer的基本用法

使用Buffer讀寫數(shù)據(jù)一般遵循以下四個步驟：

寫入數(shù)據(jù)到Buffer
調(diào)用flip()方法
從Buffer中讀取數(shù)據(jù)
調(diào)用clear()方法或者compact()方法

當(dāng)向buffer寫入數(shù)據(jù)時，buffer會記錄下寫了多少數(shù)據(jù)。一旦要讀取數(shù)據(jù)，需要通過flip()方法將Buffer從寫模式切換到讀模式。在讀模式下，可以讀取之前寫入到buffer的所有數(shù)據(jù)。

一旦讀完了所有的數(shù)據(jù)，就需要清空緩沖區(qū)，讓它可以再次被寫入。有兩種方式能清空緩沖區(qū)：調(diào)用clear()或compact()方法。

clear()方法會清空整個緩沖區(qū)。

compact()方法只會清除已經(jīng)讀過的數(shù)據(jù)。任何未讀的數(shù)據(jù)都被移到緩沖區(qū)的起始處，新寫入的數(shù)據(jù)將放到緩沖區(qū)未讀數(shù)據(jù)的后面。

RandomAccessFile?aFile?=?new?RandomAccessFile("data/nio-data.txt",?"rw");
FileChannel?inChannel?=?aFile.getChannel();

//create?buffer?with?capacity?of?48?bytes
ByteBuffer?buf?=?ByteBuffer.allocate(48);

int?bytesRead?=?inChannel.read(buf);?//read?into?buffer.
while?(bytesRead?!=?-1)?{

??buf.flip();??//make?buffer?ready?for?read

??while(buf.hasRemaining()){
??????System.out.print((char)?buf.get());?//?read?1?byte?at?a?time
??}

??buf.clear();?//make?buffer?ready?for?writing
??bytesRead?=?inChannel.read(buf);
}
aFile.close();

Buffer的capacity,position和limit

為了理解Buffer的工作原理，需要熟悉它的三個屬性：

capacity
position
limit

position和limit的含義取決于Buffer處在讀模式還是寫模式。不管Buffer處在什么模式，capacity的含義總是一樣的。

這里有一個關(guān)于capacity，position和limit在讀寫模式中的說明，詳細(xì)的解釋在插圖后面。

capacity

作為一個內(nèi)存塊，Buffer有一個固定的大小值，也叫“capacity”.你只能往里寫capacity個byte、long，char等類型。一旦Buffer滿了，需要將其清空（通過讀數(shù)據(jù)或者清除數(shù)據(jù)）才能繼續(xù)寫數(shù)據(jù)往里寫數(shù)據(jù)。

position

當(dāng)你寫數(shù)據(jù)到Buffer中時，position表示當(dāng)前的位置。初始的position值為0.當(dāng)一個byte、long等數(shù)據(jù)寫到Buffer后， position會向前移動到下一個可插入數(shù)據(jù)的Buffer單元。position最大可為capacity – 1.

當(dāng)讀取數(shù)據(jù)時，也是從某個特定位置讀。當(dāng)將Buffer從寫模式切換到讀模式，position會被重置為0. 當(dāng)從Buffer的position處讀取數(shù)據(jù)時，position向前移動到下一個可讀的位置。

limit

在寫模式下，Buffer的limit表示你最多能往Buffer里寫多少數(shù)據(jù)。寫模式下，limit等于Buffer的capacity。

當(dāng)切換Buffer到讀模式時， limit表示你最多能讀到多少數(shù)據(jù)。因此，當(dāng)切換Buffer到讀模式時，limit會被設(shè)置成寫模式下的position值。換句話說，你能讀到之前寫入的所有數(shù)據(jù)（limit被設(shè)置成已寫數(shù)據(jù)的數(shù)量，這個值在寫模式下就是position）

Buffer的類型

Java NIO 有以下Buffer類型

ByteBuffer
MappedByteBuffer
CharBuffer
DoubleBuffer
FloatBuffer
IntBuffer
LongBuffer
ShortBuffer

如你所見，這些Buffer類型代表了不同的數(shù)據(jù)類型。換句話說，就是可以通過char，short，int，long，float 或 double類型來操作緩沖區(qū)中的字節(jié)。

MappedByteBuffer 有些特別

Buffer的分配

要想獲得一個Buffer對象首先要進(jìn)行分配。每一個Buffer類都有一個allocate方法。

下面是一個分配48字節(jié)capacity的ByteBuffer的例子。

ByteBuffer?buf?=?ByteBuffer.allocate(48);

向Buffer中寫數(shù)據(jù)

寫數(shù)據(jù)到Buffer有兩種方式：

從Channel寫到Buffer。

通過Buffer的put()方法寫到Buffer里。

從Channel寫到Buffer的例子

int?bytesRead?=?inChannel.read(buf);?//read?into?buffer.

通過put方法寫B(tài)uffer的例子：

buf.put(127);

put方法有很多版本，允許你以不同的方式把數(shù)據(jù)寫入到Buffer中。例如，寫到一個指定的位置，或者把一個字節(jié)數(shù)組寫入到Buffer。更多Buffer實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)參考JavaDoc。

flip()方法

flip方法將Buffer從寫模式切換到讀模式。調(diào)用flip()方法會將position設(shè)回0，并將limit設(shè)置成之前position的值。

換句話說，position現(xiàn)在用于標(biāo)記讀的位置，limit表示之前寫進(jìn)了多少個byte、char等 —— 現(xiàn)在能讀取多少個byte、char等。

從Buffer中讀取數(shù)據(jù)

從Buffer中讀取數(shù)據(jù)有兩種方式：

從Buffer讀取數(shù)據(jù)到Channel。

使用get()方法從Buffer中讀取數(shù)據(jù)。

從Buffer讀取數(shù)據(jù)到Channel的例子：

//read?from?buffer?into?channel.
int?bytesWritten?=?inChannel.write(buf);

使用get()方法從Buffer中讀取數(shù)據(jù)的例子

byte?aByte?=?buf.get();

get方法有很多版本，允許你以不同的方式從Buffer中讀取數(shù)據(jù)。例如，從指定position讀取，或者從Buffer中讀取數(shù)據(jù)到字節(jié)數(shù)組。更多Buffer實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)參考JavaDoc。

rewind()方法

Buffer.rewind()將position設(shè)回0，所以你可以重讀Buffer中的所有數(shù)據(jù)。limit保持不變，仍然表示能從Buffer中讀取多少個元素（byte、char等）。

clear()與compact()方法

一旦讀完Buffer中的數(shù)據(jù)，需要讓Buffer準(zhǔn)備好再次被寫入。可以通過clear()或compact()方法來完成。

如果調(diào)用的是clear()方法，position將被設(shè)回0，limit被設(shè)置成 capacity的值。換句話說，Buffer 被清空了。Buffer中的數(shù)據(jù)并未清除，只是這些標(biāo)記告訴我們可以從哪里開始往Buffer里寫數(shù)據(jù)。

如果Buffer中有一些未讀的數(shù)據(jù)，調(diào)用clear()方法，數(shù)據(jù)將“被遺忘”，意味著不再有任何標(biāo)記會告訴你哪些數(shù)據(jù)被讀過，哪些還沒有。

如果Buffer中仍有未讀的數(shù)據(jù)，且后續(xù)還需要這些數(shù)據(jù)，但是此時想要先先寫些數(shù)據(jù)，那么使用compact()方法。

compact()方法將所有未讀的數(shù)據(jù)拷貝到Buffer起始處。然后將position設(shè)到最后一個未讀元素正后面。limit屬性依然像clear()方法一樣，設(shè)置成capacity?，F(xiàn)在Buffer準(zhǔn)備好寫數(shù)據(jù)了，但是不會覆蓋未讀的數(shù)據(jù)。

mark()與reset()方法

通過調(diào)用Buffer.mark()方法，可以標(biāo)記Buffer中的一個特定position。之后可以通過調(diào)用Buffer.reset()方法恢復(fù)到這個position。例如：

buffer.mark();
//call?buffer.get()?a?couple?of?times,?e.g.?during?parsing.
buffer.reset();??//set?position?back?to?mark.

equals()與compareTo()方法

可以使用equals()和compareTo()方法比較兩個Buffer。

equals()

當(dāng)滿足下列條件時，表示兩個Buffer相等：

有相同的類型（byte、char、int等）。
Buffer中剩余的byte、char等的個數(shù)相等。
Buffer中所有剩余的byte、char等都相同。

如你所見，equals只是比較Buffer的一部分，不是每一個在它里面的元素都比較。實(shí)際上，它只比較Buffer中的剩余元素。

compareTo()方法

compareTo()方法比較兩個Buffer的剩余元素(byte、char等)，如果滿足下列條件，則認(rèn)為一個Buffer“小于”另一個Buffer：

第一個不相等的元素小于另一個Buffer中對應(yīng)的元素。
所有元素都相等，但第一個Buffer比另一個先耗盡(第一個Buffer的元素個數(shù)比另一個少)。

（注：剩余元素是從 position到limit之間的元素）

Scatter/Gather

Java NIO開始支持scatter/gather，scatter/gather用于描述從Channel中讀取或者寫入到Channel的操作。

分散（scatter）從Channel中讀取是指在讀操作時將讀取的數(shù)據(jù)寫入多個buffer中。因此，Channel將從Channel中讀取的數(shù)據(jù)“分散（scatter）”到多個Buffer中。

聚集（gather）寫入Channel是指在寫操作時將多個buffer的數(shù)據(jù)寫入同一個Channel，因此，Channel 將多個Buffer中的數(shù)據(jù)“聚集（gather）”后發(fā)送到Channel。

scatter / gather經(jīng)常用于需要將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分開處理的場合，例如傳輸一個由消息頭和消息體組成的消息，你可能會將消息體和消息頭分散到不同的buffer中，這樣你可以方便的處理消息頭和消息體。

Scattering Reads

Scattering Reads是指數(shù)據(jù)從一個channel讀取到多個buffer中。如下圖描述：

ByteBuffer?header?=?ByteBuffer.allocate(128);
ByteBuffer?body???=?ByteBuffer.allocate(1024);

ByteBuffer[]?bufferArray?=?{?header,?body?};

channel.read(bufferArray);

注意buffer首先被插入到數(shù)組，然后再將數(shù)組作為channel.read() 的輸入?yún)?shù)。read()方法按照buffer在數(shù)組中的順序?qū)腸hannel中讀取的數(shù)據(jù)寫入到buffer，當(dāng)一個buffer被寫滿后，channel緊接著向另一個buffer中寫。

Scattering Reads在移動下一個buffer前，必須填滿當(dāng)前的buffer，這也意味著它不適用于動態(tài)消息(消息大小不固定)。換句話說，如果存在消息頭和消息體，消息頭必須完成填充（例如 128byte），Scattering Reads才能正常工作。

Gathering Writes

Gathering Writes是指數(shù)據(jù)從多個buffer寫入到同一個channel。如下圖描述：?

ByteBuffer?header?=?ByteBuffer.allocate(128);
ByteBuffer?body???=?ByteBuffer.allocate(1024);

//write?data?into?buffers

ByteBuffer[]?bufferArray?=?{?header,?body?};

channel.write(bufferArray);

buffers數(shù)組是write()方法的入?yún)?，write()方法會按照buffer在數(shù)組中的順序，將數(shù)據(jù)寫入到channel，注意只有position和limit之間的數(shù)據(jù)才會被寫入。因此，如果一個buffer的容量為128byte，但是僅僅包含58byte的數(shù)據(jù)，那么這58byte的數(shù)據(jù)將被寫入到channel中。因此與Scattering Reads相反，Gathering Writes能較好的處理動態(tài)消息。

通道之間的數(shù)據(jù)傳輸

在Java NIO中，如果兩個通道中有一個是FileChannel，那你可以直接將數(shù)據(jù)從一個channel傳輸?shù)搅硗庖粋€channel。

transferFrom()

FileChannel的transferFrom()方法可以將數(shù)據(jù)從源通道傳輸?shù)紽ileChannel中（這個方法在JDK文檔中的解釋為將字節(jié)從給定的可讀取字節(jié)通道傳輸?shù)酱送ǖ赖奈募校?。下面是一個簡單的例子：

RandomAccessFile?fromFile?=?new?RandomAccessFile("fromFile.txt",?"rw");
FileChannel??????fromChannel?=?fromFile.getChannel();

RandomAccessFile?toFile?=?new?RandomAccessFile("toFile.txt",?"rw");
FileChannel??????toChannel?=?toFile.getChannel();

long?position?=?0;
long?count?=?fromChannel.size();

toChannel.transferFrom(position,?count,?fromChannel);

方法的輸入?yún)?shù)position表示從position處開始向目標(biāo)文件寫入數(shù)據(jù)，count表示最多傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)。如果源通道的剩余空間小于 count 個字節(jié)，則所傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)要小于請求的字節(jié)數(shù)。此外要注意，在SoketChannel的實(shí)現(xiàn)中，SocketChannel只會傳輸此刻準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)（可能不足count字節(jié)）。因此，SocketChannel可能不會將請求的所有數(shù)據(jù)(count個字節(jié))全部傳輸?shù)紽ileChannel中。

transferTo()

transferTo()方法將數(shù)據(jù)從FileChannel傳輸?shù)狡渌腸hannel中。下面是一個簡單的例子：

RandomAccessFile?fromFile?=?new?RandomAccessFile("fromFile.txt",?"rw");
FileChannel??????fromChannel?=?fromFile.getChannel();

RandomAccessFile?toFile?=?new?RandomAccessFile("toFile.txt",?"rw");
FileChannel??????toChannel?=?toFile.getChannel();

long?position?=?0;
long?count?=?fromChannel.size();

fromChannel.transferTo(position,?count,?toChannel);

是不是發(fā)現(xiàn)這個例子和前面那個例子特別相似？除了調(diào)用方法的FileChannel對象不一樣外，其他的都一樣。上面所說的關(guān)于SocketChannel的問題在transferTo()方法中同樣存在。SocketChannel會一直傳輸數(shù)據(jù)直到目標(biāo)buffer被填滿。

Selector

Selector（選擇器）是Java NIO中能夠檢測一到多個NIO通道，并能夠知曉通道是否為諸如讀寫事件做好準(zhǔn)備的組件。這樣，一個單獨(dú)的線程可以管理多個channel，從而管理多個網(wǎng)絡(luò)連接。

為什么使用Selector

僅用單個線程來處理多個Channels的好處是，只需要更少的線程來處理通道。事實(shí)上，可以只用一個線程處理所有的通道。對于操作系統(tǒng)來說，線程之間上下文切換的開銷很大，而且每個線程都要占用系統(tǒng)的一些資源（如內(nèi)存）。因此，使用的線程越少越好。

但是，需要記住，現(xiàn)代的操作系統(tǒng)和CPU在多任務(wù)方面表現(xiàn)的越來越好，所以多線程的開銷隨著時間的推移，變得越來越小了。實(shí)際上，如果一個CPU有多個內(nèi)核，不使用多任務(wù)可能是在浪費(fèi)CPU能力。不管怎么說，關(guān)于那種設(shè)計(jì)的討論應(yīng)該放在另一篇不同的文章中。在這里，只要知道使用Selector能夠處理多個通道就足夠了。

Selector的創(chuàng)建

Selector?selector?=?Selector.open();

向Selector注冊通道

為了將Channel和Selector配合使用，必須將channel注冊到selector上。

channel.configureBlocking(false);
SelectionKey?key?=?channel.register(selector,?Selectionkey.OP_READ);

與Selector一起使用時，Channel必須處于非阻塞模式下。這意味著不能將FileChannel與Selector一起使用，因?yàn)镕ileChannel不能切換到非阻塞模式。而套接字通道都可以。

注意register()方法的第二個參數(shù)。這是一個“interest集合”，意思是在通過Selector監(jiān)聽Channel時對什么事件感興趣?？梢员O(jiān)聽四種不同類型的事件：

Connect
Accept
Read
Write

通道觸發(fā)了一個事件意思是該事件已經(jīng)就緒。所以，某個channel成功連接到另一個服務(wù)器稱為“連接就緒”。一個server socket channel準(zhǔn)備好接收新進(jìn)入的連接稱為“接收就緒”。一個有數(shù)據(jù)可讀的通道可以說是“讀就緒”。等待寫數(shù)據(jù)的通道可以說是“寫就緒”。

這四種事件用SelectionKey的四個常量來表示：

SelectionKey.OP_CONNECT
SelectionKey.OP_ACCEPT
SelectionKey.OP_READ
SelectionKey.OP_WRITE

如果你對不止一種事件感興趣，那么可以用“位或”操作符將常量連接起來，如下：

int?interestSet?=?SelectionKey.OP_READ?|?SelectionKey.OP_WRITE;

SelectionKey

當(dāng)向Selector注冊Channel時，register()方法會返回一個SelectionKey對象。這個對象包含了一些屬性：

interest集合
ready集合
Channel *Selector
附加的對象（可選）

interest集合

int?interestSet?=?selectionKey.interestOps();

boolean?isInterestedInAccept ?=?(interestSet & SelectionKey.OP_ACCEPT)?== SelectionKey.OP_ACCEPT；
boolean?isInterestedInConnect?=?interestSet?&?SelectionKey.OP_CONNECT;
boolean?isInterestedInRead????=?interestSet?&?SelectionKey.OP_READ;
boolean?isInterestedInWrite???=?interestSet?&?SelectionKey.OP_WRITE;

可以看到，用“位與”操作interest 集合和給定的SelectionKey常量，可以確定某個確定的事件是否在interest 集合中。

ready集合

ready 集合是通道已經(jīng)準(zhǔn)備就緒的操作的集合。在一次選擇(Selection)之后，你會首先訪問這個ready set。

int?readySet?=?selectionKey.readyOps();

可以用像檢測interest集合那樣的方法，來檢測channel中什么事件或操作已經(jīng)就緒。但是，也可以使用以下四個方法，它們都會返回一個布爾類型：

selectionKey.isAcceptable();
selectionKey.isConnectable();
selectionKey.isReadable();
selectionKey.isWritable();

Channel + Selector

Channel??channel??=?selectionKey.channel();
Selector?selector?=?selectionKey.selector();

附加的對象

可以將一個對象或者更多信息附著到SelectionKey上，這樣就能方便的識別某個給定的通道。例如，可以附加與通道一起使用的Buffer，或是包含聚集數(shù)據(jù)的某個對象。使用方法如下：

selectionKey.attach(theObject);
Object?attachedObj?=?selectionKey.attachment();

還可以在用register()方法向Selector注冊Channel的時候附加對象。如：

SelectionKey?key?=?channel.register(selector,?SelectionKey.OP_READ,?theObject);

通過Selector選擇通道

一旦向Selector注冊了一或多個通道，就可以調(diào)用幾個重載的select()方法。這些方法返回你所感興趣的事件（如連接、接受、讀或?qū)懀┮呀?jīng)準(zhǔn)備就緒的那些通道。換句話說，如果你對“讀就緒”的通道感興趣，select()方法會返回讀事件已經(jīng)就緒的那些通道。

下面是select()方法：

int select()
int select(long timeout)
int selectNow()

select()阻塞到至少有一個通道在你注冊的事件上就緒了。

select(long timeout)和select()一樣，除了最長會阻塞timeout毫秒(參數(shù))。

selectNow()不會阻塞，不管什么通道就緒都立刻返回（譯者注：此方法執(zhí)行非阻塞的選擇操作。如果自從前一次選擇操作后，沒有通道變成可選擇的，則此方法直接返回零。）。

select()方法返回的int值表示自上次調(diào)用select()方法后有多少通道已經(jīng)就緒（不累加）如果調(diào)用select()方法，因?yàn)橛幸粋€通道變成就緒狀態(tài)，返回了1，若再次調(diào)用select()方法，如果另一個通道就緒了，它會再次返回1。如果對第一個就緒的channel沒有做任何操作，現(xiàn)在就有兩個就緒的通道，但在每次select()方法調(diào)用之間，只有一個通道就緒了。

selectedKeys()

一旦調(diào)用了select()方法，并且返回值表明有一個或更多個通道就緒了，然后可以通過調(diào)用selector的selectedKeys()方法，訪問“已選擇鍵集（selected key set）”中的就緒通道。如下所示：

Set?selectedKeys?=?selector.selectedKeys();

當(dāng)像Selector注冊Channel時，Channel.register()方法會返回一個SelectionKey 對象。這個對象代表了注冊到該Selector的通道?？梢酝ㄟ^SelectionKey的selectedKeySet()方法訪問這些對象。

可以遍歷這個已選擇的鍵集合來訪問就緒的通道。如下：

Set?selectedKeys?=?selector.selectedKeys();
Iterator?keyIterator?=?selectedKeys.iterator();
while(keyIterator.hasNext())?{
????SelectionKey?key?=?keyIterator.next();
????if(key.isAcceptable())?{
????????//?a?connection?was?accepted?by?a?ServerSocketChannel.
????}?else?if?(key.isConnectable())?{
????????//?a?connection?was?established?with?a?remote?server.
????}?else?if?(key.isReadable())?{
????????//?a?channel?is?ready?for?reading
????}?else?if?(key.isWritable())?{
????????//?a?channel?is?ready?for?writing
????}
????keyIterator.remove();
}

這個循環(huán)遍歷已選擇鍵集中的每個鍵，并檢測各個鍵所對應(yīng)的通道的就緒事件。

注意每次迭代末尾的keyIterator.remove()調(diào)用。Selector不會自己從已選擇鍵集中移除SelectionKey實(shí)例。必須在處理完通道時自己移除。下次該通道變成就緒時，Selector會再次將其放入已選擇鍵集中。

SelectionKey.channel()方法返回的通道需要轉(zhuǎn)型成你要處理的類型，如ServerSocketChannel或SocketChannel等。

wakeUp()

某個線程調(diào)用select()方法后阻塞了，即使沒有通道已經(jīng)就緒，也有辦法讓其從select()方法返回。只要讓其它線程在第一個線程調(diào)用select()方法的那個對象上調(diào)用Selector.wakeup()方法即可。阻塞在select()方法上的線程會立馬返回。

如果有其它線程調(diào)用了wakeup()方法，但當(dāng)前沒有線程阻塞在select()方法上，下個調(diào)用select()方法的線程會立即“醒來（wake up）”。

close()

用完Selector后調(diào)用其close()方法會關(guān)閉該Selector，且使注冊到該Selector上的所有SelectionKey實(shí)例無效。通道本身并不會關(guān)閉。

完整的示例

這里有一個完整的示例，打開一個Selector，注冊一個通道注冊到這個Selector上(通道的初始化過程略去),然后持續(xù)監(jiān)控這個Selector的四種事件（接受，連接，讀，寫）是否就緒。

Selector?selector?=?Selector.open();
channel.configureBlocking(false);
SelectionKey?key?=?channel.register(selector,?SelectionKey.OP_READ);
while(true)?{
??int?readyChannels?=?selector.select();
??if(readyChannels?==?0)?continue;
??Set?selectedKeys?=?selector.selectedKeys();
??Iterator?keyIterator?=?selectedKeys.iterator();
??while(keyIterator.hasNext())?{
????SelectionKey?key?=?keyIterator.next();
????if(key.isAcceptable())?{
????????//?a?connection?was?accepted?by?a?ServerSocketChannel.
????}?else?if?(key.isConnectable())?{
????????//?a?connection?was?established?with?a?remote?server.
????}?else?if?(key.isReadable())?{
????????//?a?channel?is?ready?for?reading
????}?else?if?(key.isWritable())?{
????????//?a?channel?is?ready?for?writing
????}
????keyIterator.remove();
??}
}

FileChannel

Java NIO中的FileChannel是一個連接到文件的通道?？梢酝ㄟ^文件通道讀寫文件。

FileChannel無法設(shè)置為非阻塞模式，它總是運(yùn)行在阻塞模式下。

打開FileChannel

在使用FileChannel之前，必須先打開它。但是，我們無法直接打開一個FileChannel，需要通過使用一個InputStream、OutputStream或RandomAccessFile來獲取一個FileChannel實(shí)例。下面是通過RandomAccessFile打開FileChannel的示例：

RandomAccessFile?aFile?=?new?RandomAccessFile("data/nio-data.txt",?"rw");
FileChannel?inChannel?=?aFile.getChannel();

從FileChannel讀取數(shù)據(jù)

調(diào)用多個read()方法之一從FileChannel中讀取數(shù)據(jù)。如：

ByteBuffer?buf?=?ByteBuffer.allocate(48);
int?bytesRead?=?inChannel.read(buf);

首先，分配一個Buffer。從FileChannel中讀取的數(shù)據(jù)將被讀到Buffer中。

然后，調(diào)用FileChannel.read()方法。該方法將數(shù)據(jù)從FileChannel讀取到Buffer中。read()方法返回的int值表示了有多少字節(jié)被讀到了Buffer中。如果返回-1，表示到了文件末尾。

向FileChannel寫數(shù)據(jù)

String?newData?=?"New?String?to?write?to?file..."?+?System.currentTimeMillis();

ByteBuffer?buf?=?ByteBuffer.allocate(48);
buf.clear();
buf.put(newData.getBytes());

buf.flip();

while(buf.hasRemaining())?{
????channel.write(buf);
}

關(guān)閉FileChannel

channel.close();

FileChannel的position方法

有時可能需要在FileChannel的某個特定位置進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀/寫操作?？梢酝ㄟ^調(diào)用position()方法獲取FileChannel的當(dāng)前位置。

也可以通過調(diào)用position(long pos)方法設(shè)置FileChannel的當(dāng)前位置。

long?pos?=?channel.position();
channel.position(pos?+123);

如果將位置設(shè)置在文件結(jié)束符之后，然后試圖從文件通道中讀取數(shù)據(jù)，讀方法將返回-1 —— 文件結(jié)束標(biāo)志。

如果將位置設(shè)置在文件結(jié)束符之后，然后向通道中寫數(shù)據(jù)，文件將撐大到當(dāng)前位置并寫入數(shù)據(jù)。這可能導(dǎo)致“文件空洞”，磁盤上物理文件中寫入的數(shù)據(jù)間有空隙。

FileChannel的size方法

FileChannel實(shí)例的size()方法將返回該實(shí)例所關(guān)聯(lián)文件的大小。如:

long?fileSize?=?channel.size();

FileChannel的truncate方法

可以使用FileChannel.truncate()方法截取一個文件。截取文件時，文件將中指定長度后面的部分將被刪除。如：

channel.truncate(1024);

這個例子截取文件的前1024個字節(jié)。

FileChannel的force方法

FileChannel.force()方法將通道里尚未寫入磁盤的數(shù)據(jù)強(qiáng)制寫到磁盤上。出于性能方面的考慮，操作系統(tǒng)會將數(shù)據(jù)緩存在內(nèi)存中，所以無法保證寫入到FileChannel里的數(shù)據(jù)一定會即時寫到磁盤上。要保證這一點(diǎn)，需要調(diào)用force()方法。

force()方法有一個boolean類型的參數(shù)，指明是否同時將文件元數(shù)據(jù)（權(quán)限信息等）寫到磁盤上。

下面的例子同時將文件數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)強(qiáng)制寫到磁盤上：

channel.force(true);

SocketChannel

Java NIO中的SocketChannel是一個連接到TCP網(wǎng)絡(luò)套接字的通道?？梢酝ㄟ^以下2種方式創(chuàng)建SocketChannel：

打開一個SocketChannel并連接到互聯(lián)網(wǎng)上的某臺服務(wù)器。
一個新連接到達(dá)ServerSocketChannel時，會創(chuàng)建一個SocketChannel。

打開 SocketChannel

SocketChannel?socketChannel?=?SocketChannel.open();
socketChannel.connect(new?InetSocketAddress("http://jenkov.com",?80));

關(guān)閉 SocketChannel

socketChannel.close();

從 SocketChannel 讀取數(shù)據(jù)

ByteBuffer?buf?=?ByteBuffer.allocate(48);
int?bytesRead?=?socketChannel.read(buf);

寫入 SocketChannel

String?newData?=?"New?String?to?write?to?file..."?+?System.currentTimeMillis();

ByteBuffer?buf?=?ByteBuffer.allocate(48);
buf.clear();
buf.put(newData.getBytes());

buf.flip();

while(buf.hasRemaining())?{
????channel.write(buf);
}

注意SocketChannel.write()方法的調(diào)用是在一個while循環(huán)中的。Write()方法無法保證能寫多少字節(jié)到SocketChannel。所以，我們重復(fù)調(diào)用write()直到Buffer沒有要寫的字節(jié)為止。

非阻塞模式

可以設(shè)置 SocketChannel 為非阻塞模式（non-blocking mode）.設(shè)置之后，就可以在異步模式下調(diào)用connect(), read() 和write()了。

connect()

如果SocketChannel在非阻塞模式下，此時調(diào)用connect()，該方法可能在連接建立之前就返回了。為了確定連接是否建立，可以調(diào)用finishConnect()的方法。像這樣：

socketChannel.configureBlocking(false);
socketChannel.connect(new?InetSocketAddress("http://jenkov.com",?80));

while(!?socketChannel.finishConnect()?){
????//wait,?or?do?something?else...
}

write()

非阻塞模式下，write()方法在尚未寫出任何內(nèi)容時可能就返回了。所以需要在循環(huán)中調(diào)用write()。前面已經(jīng)有例子了，這里就不贅述了。

read()

非阻塞模式下,read()方法在尚未讀取到任何數(shù)據(jù)時可能就返回了。所以需要關(guān)注它的int返回值，它會告訴你讀取了多少字節(jié)。

非阻塞模式與選擇器

非阻塞模式與選擇器搭配會工作的更好，通過將一或多個SocketChannel注冊到Selector，可以詢問選擇器哪個通道已經(jīng)準(zhǔn)備好了讀取，寫入等。Selector與SocketChannel的搭配使用會在后面詳講。

ServerSocket
Channel

Java NIO中的 ServerSocketChannel 是一個可以監(jiān)聽新進(jìn)來的TCP連接的通道, 就像標(biāo)準(zhǔn)IO中的ServerSocket一樣。ServerSocketChannel類在 java.nio.channels包中。

ServerSocketChannel?serverSocketChannel?=?ServerSocketChannel.open();

serverSocketChannel.socket().bind(new?InetSocketAddress(9999));

while(true){
????SocketChannel?socketChannel?=
????????????serverSocketChannel.accept();

????//do?something?with?socketChannel...
}

serverSocketChannel.close();

通過 ServerSocketChannel.accept() 方法監(jiān)聽新進(jìn)來的連接。當(dāng) accept()方法返回的時候,它返回一個包含新進(jìn)來的連接的 SocketChannel。因此, accept()方法會一直阻塞到有新連接到達(dá)。

通常不會僅僅只監(jiān)聽一個連接,在while循環(huán)中調(diào)用 accept()方法.

ServerSocketChannel可以設(shè)置成非阻塞模式。在非阻塞模式下，accept() 方法會立刻返回，如果還沒有新進(jìn)來的連接,返回的將是null。因此，需要檢查返回的SocketChannel是否是null.如：

ServerSocketChannel?serverSocketChannel?=?ServerSocketChannel.open();

serverSocketChannel.socket().bind(new?InetSocketAddress(9999));
serverSocketChannel.configureBlocking(false);

while(true){
????SocketChannel?socketChannel?=
????????????serverSocketChannel.accept();

????if(socketChannel?!=?null){
????????//do?something?with?socketChannel...
????}
}

DatagramChannel

Java NIO中的DatagramChannel是一個能收發(fā)UDP包的通道。因?yàn)閁DP是無連接的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，所以不能像其它通道那樣讀取和寫入。它發(fā)送和接收的是數(shù)據(jù)包。

打開 DatagramChannel

DatagramChannel?channel?=?DatagramChannel.open();
channel.socket().bind(new?InetSocketAddress(9999));

接收數(shù)據(jù)

通過receive()方法從DatagramChannel接收數(shù)據(jù)，如：

ByteBuffer?buf?=?ByteBuffer.allocate(48);
buf.clear();
channel.receive(buf);

receive()方法會將接收到的數(shù)據(jù)包內(nèi)容復(fù)制到指定的Buffer. 如果Buffer容不下收到的數(shù)據(jù)，多出的數(shù)據(jù)將被丟棄。

發(fā)送數(shù)據(jù)

String?newData?=?"New?String?to?write?to?file..."?+?System.currentTimeMillis();

ByteBuffer?buf?=?ByteBuffer.allocate(48);
buf.clear();
buf.put(newData.getBytes());
buf.flip();

int?bytesSent?=?channel.send(buf,?new?InetSocketAddress("jenkov.com",?80));

這個例子發(fā)送一串字符到”jenkov.com”服務(wù)器的UDP端口80。因?yàn)榉?wù)端并沒有監(jiān)控這個端口，所以什么也不會發(fā)生。也不會通知你發(fā)出的數(shù)據(jù)包是否已收到，因?yàn)閁DP在數(shù)據(jù)傳送方面沒有任何保證。

連接到特定的地址

可以將DatagramChannel“連接”到網(wǎng)絡(luò)中的特定地址的。由于UDP是無連接的，連接到特定地址并不會像TCP通道那樣創(chuàng)建一個真正的連接。而是鎖住DatagramChannel ，讓其只能從特定地址收發(fā)數(shù)據(jù)。

channel.connect(new?InetSocketAddress("jenkov.com",?80));

當(dāng)連接后，也可以使用read()和write()方法，就像在用傳統(tǒng)的通道一樣。只是在數(shù)據(jù)傳送方面沒有任何保證。

int?bytesRead?=?channel.read(buf);
int?bytesWritten?=?channel.write(but);

pipe

Java NIO 管道是2個線程之間的單向數(shù)據(jù)連接。Pipe有一個source通道和一個sink通道。數(shù)據(jù)會被寫到sink通道，從source通道讀取。這里是Pipe原理的圖示：?

創(chuàng)建管道

Pipe?pipe?=?Pipe.open();

向管道寫數(shù)據(jù)

要向管道寫數(shù)據(jù)，需要訪問sink通道。

Pipe.SinkChannel?sinkChannel?=?pipe.sink();

通過調(diào)用SinkChannel的write()方法，將數(shù)據(jù)寫入SinkChannel

String?newData?=?"New?String?to?write?to?file..."?+?System.currentTimeMillis();
ByteBuffer?buf?=?ByteBuffer.allocate(48);
buf.clear();
buf.put(newData.getBytes());

buf.flip();

while(buf.hasRemaining())?{
????sinkChannel.write(buf);
}

從管道讀取數(shù)據(jù)

從讀取管道的數(shù)據(jù)，需要訪問source通道，像這樣：

Pipe.SourceChannel?sourceChannel?=?pipe.source();

調(diào)用source通道的read()方法來讀取數(shù)據(jù)，像這樣：

ByteBuffer?buf?=?ByteBuffer.allocate(48);
int?bytesRead?=?sourceChannel.read(buf);

read()方法返回的int值會告訴我們多少字節(jié)被讀進(jìn)了緩沖區(qū)。

Java NIO與IO

Java NIO和IO的主要區(qū)別

?	?	?	?
IO	面向流	阻塞IO	/
NIO	面向緩沖	非阻塞IO	選擇器

面向流與面向緩沖

Java NIO和IO之間第一個最大的區(qū)別是，IO是面向流的，NIO是面向緩沖區(qū)的。Java IO面向流意味著每次從流中讀一個或多個字節(jié)，直至讀取所有字節(jié)，它們沒有被緩存在任何地方。此外，它不能前后移動流中的數(shù)據(jù)。如果需要前后移動從流中讀取的數(shù)據(jù)，需要先將它緩存到一個緩沖區(qū)。Java NIO的緩沖導(dǎo)向方法略有不同。數(shù)據(jù)讀取到一個它稍后處理的緩沖區(qū)，需要時可在緩沖區(qū)中前后移動。這就增加了處理過程中的靈活性。但是，還需要檢查是否該緩沖區(qū)中包含所有您需要處理的數(shù)據(jù)。而且，需確保當(dāng)更多的數(shù)據(jù)讀入緩沖區(qū)時，不要覆蓋緩沖區(qū)里尚未處理的數(shù)據(jù)。

阻塞與非阻塞IO

Java IO的各種流是阻塞的。這意味著，當(dāng)一個線程調(diào)用read() 或 write()時，該線程被阻塞，直到有一些數(shù)據(jù)被讀取，或數(shù)據(jù)完全寫入。該線程在此期間不能再干任何事情了。Java NIO的非阻塞模式，使一個線程從某通道發(fā)送請求讀取數(shù)據(jù)，但是它僅能得到目前可用的數(shù)據(jù)，如果目前沒有數(shù)據(jù)可用時，就什么都不會獲取。而不是保持線程阻塞，所以直至數(shù)據(jù)變的可以讀取之前，該線程可以繼續(xù)做其他的事情。非阻塞寫也是如此。一個線程請求寫入一些數(shù)據(jù)到某通道，但不需要等待它完全寫入，這個線程同時可以去做別的事情。線程通常將非阻塞IO的空閑時間用于在其它通道上執(zhí)行IO操作，所以一個單獨(dú)的線程現(xiàn)在可以管理多個輸入和輸出通道（channel）。

選擇器（Selectors）

Java NIO的選擇器允許一個單獨(dú)的線程來監(jiān)視多個輸入通道，你可以注冊多個通道使用一個選擇器，然后使用一個單獨(dú)的線程來“選擇”通道：這些通道里已經(jīng)有可以處理的輸入，或者選擇已準(zhǔn)備寫入的通道。這種選擇機(jī)制，使得一個單獨(dú)的線程很容易來管理多個通道。

NIO和IO如何影響應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)

無論您選擇IO或NIO工具箱，可能會影響您應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的以下幾個方面：

對NIO或IO類的API調(diào)用。
數(shù)據(jù)處理。
用來處理數(shù)據(jù)的線程數(shù)。

API調(diào)用

當(dāng)然，使用NIO的API調(diào)用時看起來與使用IO時有所不同，但這并不意外，因?yàn)椴⒉皇莾H從一個InputStream逐字節(jié)讀取，而是數(shù)據(jù)必須先讀入緩沖區(qū)再處理。

數(shù)據(jù)處理

使用純粹的NIO設(shè)計(jì)相較IO設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)處理也受到影響。

在IO設(shè)計(jì)中，我們從InputStream或 Reader逐字節(jié)讀取數(shù)據(jù)。假設(shè)你正在處理一基于行的文本數(shù)據(jù)流，例如：

Name:?Anna
Age:?25
Email:[email protected]
Phone:?1234567890

該文本行的流可以這樣處理：

InputStream?input?=?…?;?//?get?the?InputStream?from?the?client?socket
BufferedReader?reader?=?new?BufferedReader(new?InputStreamReader(input));
String?nameLine???=?reader.readLine();
String?ageLine????=?reader.readLine();
String?emailLine??=?reader.readLine();
String?phoneLine??=?reader.readLine();

請注意處理狀態(tài)由程序執(zhí)行多久決定。換句話說，一旦reader.readLine()方法返回，你就知道肯定文本行就已讀完， readline()阻塞直到整行讀完，這就是原因。你也知道此行包含名稱；同樣，第二個readline()調(diào)用返回的時候，你知道這行包含年齡等。正如你可以看到，該處理程序僅在有新數(shù)據(jù)讀入時運(yùn)行，并知道每步的數(shù)據(jù)是什么。一旦正在運(yùn)行的線程已處理過讀入的某些數(shù)據(jù)，該線程不會再回退數(shù)據(jù)（大多如此）

而一個NIO的實(shí)現(xiàn)會有所不同，下面是一個簡單的例子：

ByteBuffer?buffer?=?ByteBuffer.allocate(48);
int?bytesRead?=?inChannel.read(buffer);

注意第二行，從通道讀取字節(jié)到ByteBuffer。當(dāng)這個方法調(diào)用返回時，你不知道你所需的所有數(shù)據(jù)是否在緩沖區(qū)內(nèi)。你所知道的是，該緩沖區(qū)包含一些字節(jié)，這使得處理有點(diǎn)困難。假設(shè)第一次 read(buffer)調(diào)用后，讀入緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)只有半行，例如，“Name:An”，你能處理數(shù)據(jù)嗎？顯然不能，需要等待，直到整行數(shù)據(jù)讀入緩存，在此之前，對數(shù)據(jù)的任何處理毫無意義。

所以，你怎么知道是否該緩沖區(qū)包含足夠的數(shù)據(jù)可以處理呢？好了，你不知道。發(fā)現(xiàn)的方法只能查看緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)。其結(jié)果是，在你知道所有數(shù)據(jù)都在緩沖區(qū)里之前，你必須檢查幾次緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)。這不僅效率低下，而且可以使程序設(shè)計(jì)方案雜亂不堪。例如：

ByteBuffer?buffer?=?ByteBuffer.allocate(48);
int?bytesRead?=?inChannel.read(buffer);
while(!?bufferFull(bytesRead)?)?{
????bytesRead?=?inChannel.read(buffer);
}

bufferFull()方法必須跟蹤有多少數(shù)據(jù)讀入緩沖區(qū)，并返回真或假，這取決于緩沖區(qū)是否已滿。換句話說，如果緩沖區(qū)準(zhǔn)備好被處理，那么表示緩沖區(qū)滿了。

bufferFull()方法掃描緩沖區(qū)，但必須保持在bufferFull（）方法被調(diào)用之前狀態(tài)相同。如果沒有，下一個讀入緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)可能無法讀到正確的位置。這不是不可能的，但卻是需要注意的又一問題。

如果緩沖區(qū)已滿，它可以被處理。如果它不滿，并且在你的實(shí)際案例中有意義，你或許能處理其中的部分?jǐn)?shù)據(jù)。但是許多情況下并非如此。

用來處理數(shù)據(jù)的線程數(shù)

NIO可讓您只使用一個（或幾個）單線程管理多個通道（網(wǎng)絡(luò)連接或文件），但付出的代價是解析數(shù)據(jù)可能會比從一個阻塞流中讀取數(shù)據(jù)更復(fù)雜。

如果需要管理同時打開的成千上萬個連接，這些連接每次只是發(fā)送少量的數(shù)據(jù)，例如聊天服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)NIO的服務(wù)器可能是一個優(yōu)勢。同樣，如果你需要維持許多打開的連接到其他計(jì)算機(jī)上，如P2P網(wǎng)絡(luò)中，使用一個單獨(dú)的線程來管理你所有出站連接，可能是一個優(yōu)勢。

如果你有少量的連接使用非常高的帶寬，一次發(fā)送大量的數(shù)據(jù)，也許典型的IO服務(wù)器實(shí)現(xiàn)可能非常契合。

source:?//bit-ranger.github.io/blog/java/java-nio

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Java NIO 技術(shù)總匯

核心

概述

Channel 和 Buffer

Selector

Channel

Buffer

Buffer的基本用法

Buffer的capacity,position和limit

Buffer的類型

Buffer的分配

向Buffer中寫數(shù)據(jù)

flip()方法

從Buffer中讀取數(shù)據(jù)

rewind()方法

clear()與compact()方法

mark()與reset()方法

equals()與compareTo()方法

Scatter/Gather

Scattering Reads

Gathering Writes

通道之間的數(shù)據(jù)傳輸

transferFrom()

transferTo()

Selector

為什么使用Selector

Selector的創(chuàng)建

向Selector注冊通道

SelectionKey

interest集合

ready集合

Channel + Selector

附加的對象

通過Selector選擇通道

selectedKeys()

wakeUp()

close()

完整的示例

FileChannel

打開FileChannel

從FileChannel讀取數(shù)據(jù)

向FileChannel寫數(shù)據(jù)

關(guān)閉FileChannel

FileChannel的position方法

FileChannel的size方法

FileChannel的truncate方法

FileChannel的force方法

SocketChannel

打開 SocketChannel

關(guān)閉 SocketChannel

從 SocketChannel 讀取數(shù)據(jù)

寫入 SocketChannel

非阻塞模式

connect()

write()

read()

非阻塞模式與選擇器

ServerSocketChannel

DatagramChannel

打開 DatagramChannel

接收數(shù)據(jù)

發(fā)送數(shù)據(jù)

連接到特定的地址

pipe

創(chuàng)建管道

向管道寫數(shù)據(jù)

從管道讀取數(shù)據(jù)

Java NIO與IO

Java NIO和IO的主要區(qū)別

面向流與面向緩沖

阻塞與非阻塞IO

選擇器（Selectors）

NIO和IO如何影響應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)

API調(diào)用

數(shù)據(jù)處理

用來處理數(shù)據(jù)的線程數(shù)

ServerSocket
Channel