NIO模型
1. 简介
Java NIO是从JDK1.4版本开始引入的一个新的IO API，可以替代标准的Java IO API。NIO与原来的IO有同样的作用和目的，但是使用的方式完全不同，NIO支持面向缓存区的、基于通道的IO操作。NIO将以更加高效的方式进行文件的读写操作。
两者的区别
| BIO | NIO |
|---|---|
| 面向流(Stream Oriented) | 面向缓冲区(Buffer Oriented) |
| 阻塞IO(Blocking IO) | 非阻塞IO(Non Blocking IO) |
| 无 | 选择器（Selectors） |
2. 工作流程
2.1 通道和缓冲区
通道表示打开到IO设备的连接，不存储数据。
缓冲区，对数据进行主要的处理
2.2 使用流程
**思想：**使用前，获取用于连接IO设备的通道以及用于容纳数据的缓冲区。
相较于传统BIO，NIO使用了双向通道，通道不用来传输任何数据，数据通过Buffer的移动来进行IO操作。
2.3 底层原理
NIO中引入了四个概念。
capacity缓冲区的容量，表示用来进行IO的最大数据量
limit第一个不应该进行写入或者读取的索引
position当前索引的位置，相当于一个读或者写的指针
mark和reset指向一个索引。可以通过remark`回到这个索引处
Buffer的底层是一个对应类型的数组
position<limit<capacity 其中的mark必须在0和limit之间
Java.nio包下提供了除了boolean类型的缓冲区
ByteBuffer b ;
ShortBuffer s ;
IntBuffer i1 ;
LongBuffer l;
FloatBuffer floatBuffer ;
DoubleBuffer doubleBuffer ;
CharBuffer charBuffer ;
2.4 直接缓冲区和非直接缓冲区
直接缓冲区是直接创建在物理内存中的。通过allocate方法分配
非直接缓冲区是创建在堆中的。通过allocateDirect()方法分配
非直接缓冲区的工作流程：应用程序读取数据的时候，首先需要将数据加载到内核地址空间，然后再将数据复制到用户地址空间中，这样应用程序才可以读取。
直接缓冲区工作流程：应用程序读取数据的时候，直接在物理内存中读取，抛弃了复制的过程
2.5 通道的执行流程
将数据加载到内存中，然后IO接口创建一个通道，用来具体的数据读取
3. 简单的API
通道API
FileChannel 用于读取、写入、映射和操作文件的通道
DatagramChannel 通过UDP读写网络中的数据通道
SocketChannel 通过TCP读写网络中的数据
ServerSocketChannel 监听新进来的TCP连接，对于每一个进来的连接都会创建一个SocketChannel
获取通道：
输入流的getChannel()方法
FileChannel的open方法
Files工具类中的newByteChannel
常见API用法
- 字符的解码和加码，通过
CharSet实现 - 直接缓冲区的IO操作。
- 通过
Buffer的allocateDirect分配 - 通过
FileChannel的open方法创建
- 通过
//打开文件，按照只读模式
try {
//指定了通道的模式，读取数据
FileChannel in = FileChannel.open(Paths.get("G:\\BugReport.txt"), StandardOpenOption.READ);
//写数据，读数据，创建文件
FileChannel out = FileChannel.open(Paths.get("G:\\BugReport3.txt"),
StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.READ, StandardOpenOption.CREATE);
//获取物理映射空间
MappedByteBuffer inMap = in.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, in.size());
MappedByteBuffer outMap = out.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, in.size());
//复制文件，先直接在物理空间中获取，然后再进行写入
byte[] bytes = new byte[inMap.limit()];
inMap.get(bytes);
outMap.put(bytes);
System.out.println();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
4. 网络非阻塞IO通信
对于传统的IO来说，都是阻塞的，即线程会一直等待数据，直到数据被读取或者写入。此时会造成大量的CPU资源浪费
而NIO中添加了一个选择器，他可以选择一个数据以及填充完成的通道发送给服务端执行。即当数据没有来之前，线程可以执行其他的事情.
非阻塞IO通信图
客户端：
public static void main(String[] args) throws IOException {
//1. 获取通道
SocketChannel sChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 10001));
//2. 切换非阻塞模式
sChannel.configureBlocking(false);
//3. 分配指定大小的缓冲区
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
//4. 发送数据给服务端
Scanner scan = new Scanner(System.in);
while(scan.hasNext()){
String str = scan.next();
buf.put((new Date().toString() + "\n" + str).getBytes());
buf.flip();
sChannel.write(buf);
buf.clear();
}
//5. 关闭通道
sChannel.close();
}
服务端：
public static void main(String[] args) throws IOException {
//1. 获取通道
ServerSocketChannel ssChannel = ServerSocketChannel.open();
//2. 切换非阻塞模式
ssChannel.configureBlocking(false);
//3. 绑定连接
ssChannel.bind(new InetSocketAddress(10001));
//4. 获取选择器
Selector selector = Selector.open();
//5. 将通道注册到选择器上, 并且指定“监听接收事件”
ssChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
//6. 轮询式的获取选择器上已经“准备就绪”的事件
while(selector.select() > 0){
//7. 获取当前选择器中所有注册的“选择键(已就绪的监听事件)”
Iterator<SelectionKey> it = selector.selectedKeys().iterator();
while(it.hasNext()){
//8. 获取准备“就绪”的是事件
SelectionKey sk = it.next();
//9. 判断具体是什么事件准备就绪
if(sk.isAcceptable()){
//10. 若“接收就绪”，获取客户端连接
SocketChannel sChannel = ssChannel.accept();
//11. 切换非阻塞模式
sChannel.configureBlocking(false);
//12. 将该通道注册到选择器上
sChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
}else if(sk.isReadable()){
//13. 获取当前选择器上“读就绪”状态的通道
SocketChannel sChannel = (SocketChannel) sk.channel();
//14. 读取数据
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
int len = 0;
while((len = sChannel.read(buf)) > 0 ){
buf.flip();
System.out.println(new String(buf.array(), 0, len));
buf.clear();
}
}
//15. 取消选择键 SelectionKey
it.remove();
}
}
}
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