NIO

一、I/O基础

输入流：InputStream和Reader 输出流：OutputStream和Writer

​ 字节流 字符流

计算机最小的二进制单位 bit 比特 代表0和1 字节 1 byte = 8bit 计算机处理的最小单位 字符 1 char = 2byte = 16bit 人处理的最小单位

所以，字节流处理文件、图片、视频等二进制数据，而字符流处理文本数据。

下面写一个示例

import java.io.*;

public class BioTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        copy("io.txt","io1.txt");

    }
    //读取数据
    public static void read() throws IOException {
        File file = new File("io.txt");
        if(!file.exists()){
            file.createNewFile();
        }
        //读取字节数据
        FileInputStream inputStream = new FileInputStream(file);
        FileReader fileReader = new FileReader(file);//使用字符流
        char[] chars = new char[(int)file.length()];//使用一个char数组类承接内容
        int read1 = fileReader.read(chars);
        System.out.println("读取字节的大小"+read1+"读取的内容"+new String(chars));
        byte[] byteArr = new byte[(int)file.length()];//使用一个byte数组来承接内容
        int read = inputStream.read(byteArr);
        System.out.println("读取字节的大小"+read+"读取的内容"+new String(byteArr));
        fileReader.close();
        inputStream.close();
    }
    //写入数据
    public static void write() throws IOException {
        File file = new File("io.txt");
        if(!file.exists()){
            file.createNewFile();
        }
        //写入字节数据
        String str = "--hello bio";
        FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(file,true);
        fileOutputStream.write(str.getBytes());
        fileOutputStream.flush();;
        fileOutputStream.close();
    }

    public static void copy(String src,String dest) throws IOException {
        File srcFile = new File(src);
        File destFile = new File(dest);
        if(!destFile.exists()){
            destFile.createNewFile();
        }
        FileInputStream inputStream = new FileInputStream(srcFile);
        FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(destFile);
        byte[] bytes = new byte[1024];
        int read = 0;
        //当读取到文件尾退出循环
        while((read = inputStream.read(bytes)) != -1){
            fileOutputStream.write(bytes,0,read);
        }
        fileOutputStream.flush();
        inputStream.close();
        fileOutputStream.close();
    }

    public static void copy1(String src,String dest) throws IOException {
        File srcFile = new File(src);
        File destFile = new File(dest);
        if(!destFile.exists()){
            destFile.createNewFile();
        }
        FileInputStream inputStream = new FileInputStream(srcFile);
        BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(inputStream);
        FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(destFile);
        BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fileOutputStream);
        int read = 0;
        //当读取到文件尾退出循环
        while((read = bis.read()) != -1){
            bos.write(read);
        }
        fileOutputStream.flush();
        inputStream.close();
        fileOutputStream.close();
    }
}

二、Socket

原意是“插座”，在计算机领域中，翻译为“套接字”。 本质上，是计算机之间进行通信的一种方式。

Linux，“一切皆文件”，给每个文件映射一个ID，叫做"文件描述符"。 当处理网络连接时，也会看成一个文件，read/write变成和远程计算机的交互。

OSI七层模型 = Open System Interconnection 开放式系统互联 从下到上分别为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

实际应用的是优化后的TCP/IP模型（四层） 网络接口层/链路层、网络层、传输层、应用层

应用层协议：HTTP、FTP、SMTP（邮件协议） 传输层协议：TCP、UDP

Socket其实是应用层与传输层之间的抽象层，是一组接口。 在设计模式中，是门面模式。

3、NIO

BIO - BlockingIO 同步阻塞 NIO - New IO / Non-Blocking IO 同步非阻塞 AIO - Asynchronous IO 异步非阻塞

同步和异步，关注的是消息通知的机制 阻塞和非阻塞，关注的是等待消息过程中的状态

多路复用的模型

三大元素：Channel 、Buffer、Selector

1) Channel

FileChannel 文件管道的数据 Pipe.SinkChannel Pipe.SourceChannel 线程间通信的管道 ServerSocketChannel SocketChannel 用于TCP网络通信的管道 DatagramChannel 用于UDP网络通信的管道

2) Buffer

capacity 总体容量大小 limit 存储容量的大小，是可读写和不可读写的界线 position 已读容量的大小，已读和未读区域的界线

【使用原理】

a) 初始化，给定总容量，position=0, limit=capacity

b) 当使用put方法存入数据是，通过position来记录存储的容量变化，position不断后移，直到存储结束（写完成）

c）写完成需要调用flip方法刷新，limit=position，position=0 保障limit记录的是可读写区域的大小，position已读部分重置为空

d) 读数据直到读完成，需要调用clear方法，position=0, limit=capacity

3) Selector

三个元素： Selector选择器、SelectableChannel可选择的通道、SelectionKey选择键

本质上，Selector是监听器，监听的是通道是否有我们关心的操作产生，操作对应的是事件（连接、接收、读/写），使用SelectionKey代表具体的事件，在确保通道是可选择的情况下，将通道注册进选择器中，此时Selector维护的是，通道和事件之间的关联关系。 Selector，管理被注册的通道集合，以及他们的状态 SelectableChannel，是一个抽象类，提供了通道可被选择需要实现的api。 FileChannel就不是可选择的，Socket相关的通道都是可选择的 一个通道可以被注册到多个选择器上吗？ 可以的 多个通道可以注册到一个选择器上，但一个通道只能在一个选择器中注册一次

SelectionKey，封装了要监听的事件，连接、接收、读、写。 一方面，Selector关心通道要处理哪些事件 另一方面，当事件触发时，通道要处理哪些事件

【使用方式】

a、首先通过open方法，获取通道，将通道设置为非阻塞的

b、通过open方法，获取选择器，将通道注册进选择器中，伴随设置通道要处理的事件(OP_ACCEPT)

c、轮询选择器，当前是否有要处理的操作 select() > 0? 如果有，要获取待处理操作的集合Set<SelectionKey> , 进行遍历 遍历到SelectionKey时，判断对应哪种操作，不同的操作设置不同的处理方式 如OP_ACCEPT，接收客户端通道并进行注册，监听后续处理的事件，如OP_WRITE 如OP_WRITE，通过key的方法获取通道本身，读取数据并继续监听事件，如OP_READ

4、零拷贝

需求：将磁盘中的文件读取出来，通过socket发送出去

传统的拷贝方式（4次） Socket网络缓冲区，也属于操作系统的内核缓冲区。 在操作系统中进行的拷贝（如第二次和第三次），叫做CPU拷贝。 连接磁盘或网卡等硬件的拷贝（如第一次和第四次），叫做DMA拷贝。

零拷贝的概念：减少CPU拷贝的次数。

零拷贝是基于操作系统层面的优化方式（以下基于Linux系统）

1） mmap = memory mapping 内存映射

2）sendfile (linux2.1内核支持) 3) sendfile with scatter/gather copy（批量sendfile） 从单个文件的处理，上升到多个物理地址的处理，提高处理速度

4）splice （拼接，在linux2.6内核支持）

在操作系统内核缓冲区和Socket网络缓冲区之间建立管道，来减少拷贝次数。