一、概述

Java NIO 由以下幾個核心部分組成：

Channels
Buffers
Selectors

其它組件，如Pipe和FileLock，只不過是與三個核心組件共同使用的工具類。

二、Channel

我理解的：每個連接就是一個channel

所有的 IO 在NIO 中都從一個Channel 開始。

Java NIO的通道類似流，但又有些不同：

1.既可以從通道中讀取數據，又可以寫數據到通道。但流的讀寫通常是單向的。

2.通道可以異步地讀寫。

3.通道中的數據總是要先讀到一個Buffer，或者總是要從一個Buffer中寫入。

JAVA NIO中主要的Channel的實現：

1.FileChannel 從文件中讀寫數據

2.DatagramChannel 能通過UDP讀寫網絡中的數據。

3.SocketChannel 能通過TCP讀寫網絡中的數據。

4.ServerSocketChannel 可以監聽新進來的TCP連接，像Web服務器那樣。對每一個新進來的連接都會創建一個SocketChannel。

Scatter/Gather

分散（scatter）從Channel中讀取是指在讀操作時將讀取的數據寫入多個buffer中。因此，Channel將從Channel中讀取的數據“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的數據寫入同一個Channel，因此，Channel 將多個Buffer中的數據“聚集（gather）”後發送到Channel。

transferFrom與transferTo

在Java NIO中，如果兩個通道中有一個是FileChannel，那你可以直接將數據從一個channel（譯者注：channel中文常譯作通道）傳輸到另外一個channel。

三、Buffer

Java NIO中的Buffer用於和NIO channel進行交互。

數據是從通道讀入緩衝區，從緩衝區寫入到通道中的。

緩衝區本質上是一塊可以寫入數據，然後可以從中讀取數據的內存。

這塊內存被包裝成NIO Buffer對象，並提供了一組方法，用來方便的訪問該塊內存。

Java NIO裏關鍵的Buffer實現：

ByteBuffer
CharBuffer
DoubleBuffer
FloatBuffer
IntBuffer
LongBuffer
ShortBuffer

這些Buffer覆蓋了能通過IO發送的基本數據類型：byte, short, int, long, float, double 和 char。

Java NIO 還有個 MappedByteBuffer，用於表示內存映射文件。

1.buffer使用例子

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();

2.Buffer的capacity,position和limit

爲了理解Buffer的工作原理，需要熟悉它的三個屬性：

capacity
position
limit

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

這裏有一個關於capacity，position和limit在讀寫模式中的說明，詳細的解釋在插圖後面。

capacity

作爲一個內存塊，Buffer有一個固定的大小值，也叫“capacity”.你只能往裏寫capacity個byte、long，char等類型。一旦Buffer滿了，需要將其清空（通過讀數據或者清除數據）才能繼續寫數據往裏寫數據。

position

當你寫數據到Buffer中時，position表示當前的位置。初始的position值爲0.當一個byte、long等數據寫到Buffer後， position會向前移動到下一個可插入數據的Buffer單元。position最大可爲capacity – 1.

當讀取數據時，也是從某個特定位置讀。當將Buffer從寫模式切換到讀模式，position會被重置爲0. 當從Buffer的position處讀取數據時，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裏寫多少數據。寫模式下，limit等於Buffer的capacity。

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

3.常用方法介紹

flip()方法

flip方法將Buffer從寫模式切換到讀模式。調用flip()方法會將position設回0，並將limit設置成之前position的值。

換句話說，position現在用於標記讀的位置，limit表示之前寫進了多少個byte、char等 —— 現在能讀取多少個byte、char等。

rewind()方法

Buffer.rewind()將position設回0，所以你可以重讀Buffer中的所有數據。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中的數據，需要讓Buffer準備好再次被寫入。可以通過clear()或compact()方法來完成。

調用clear()方法，position將被設回0，limit被設置成 capacity的值。換句話說，Buffer 被清空了。Buffer中的數據並未清除，只是這些標記告訴我們可以從哪裏開始往Buffer裏寫數據。

如果Buffer中有一些未讀的數據，調用clear()方法，數據將“被遺忘”，意味着不再有任何標記會告訴你哪些數據被讀過，哪些還沒有。

如果Buffer中仍有未讀的數據，且後續還需要這些數據，但是此時想要先先寫些數據，那麼使用compact()方法。

compact()方法將所有未讀的數據拷貝到Buffer起始處。然後將position設到最後一個未讀元素正後面。limit屬性依然像clear()方法一樣，設置成capacity。現在Buffer準備好寫數據了，但是不會覆蓋未讀的數據。

mark()與reset()方法

通過調用Buffer.mark()方法，可以標記Buffer中的一個特定position。之後可以通過調用Buffer.reset()方法恢復到這個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()

當滿足下列條件時，表示兩個Buffer相等：

1.有相同的類型（byte、char、int等）。

2.Buffer中剩餘的byte、char等的個數相等。

3.Buffer中所有剩餘的byte、char等都相同。

equals只是比較Buffer的一部分，不是每一個在它裏面的元素都比較。實際上，它只比較Buffer中的剩餘元素。

compareTo()方法

compareTo()方法比較兩個Buffer的剩餘元素(byte、char等)，如果滿足下列條件，則認爲一個Buffer“小於”另一個Buffer：

1.第一個不相等的元素小於另一個Buffer中對應的元素。

2.所有元素都相等，但第一個Buffer比另一個先耗盡(第一個Buffer的元素個數比另一個少)。

四、Selector

Selector允許單線程處理多個 Channel。

如果你的應用打開了多個連接（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註冊Channel，然後調用它的select()方法。這個方法會一直阻塞到某個註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來，數據接收等。

Selector的創建

通過調用Selector.open()方法創建一個Selector，如下：

Selector selector = Selector.open();

向Selector註冊通道

爲了將Channel和Selector配合使用，必須將channel註冊到selector上。通過SelectableChannel.register()方法來實現，如下：

channel.configureBlocking(false);

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

與Selector一起使用時，Channel必須處於非阻塞模式下。這意味着不能將FileChannel與Selector一起使用，因爲FileChannel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。這是一個“interest集合”，意思是在通過Selector監聽Channel時對什麼事件感興趣。

可以監聽四種不同類型的事件：

1.Connect ----> SelectionKey.OP_CONNECT 客戶端連接服務端事件

2.Accept ----> lectionKey.OP_ACCEPT 服務端接收客戶端連接事件

3.Read ----> SelectionKey.OP_READ 讀事件

4.Write ----> SelectionKey.OP_WRITE 寫事件

SelectionKey

當向Selector註冊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

interest集合是你所選擇的感興趣的事件集合。可以通過SelectionKey讀寫interest集合，像這樣：

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;

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 集合是通道已經準備就緒的操作的集合。在一次選擇(Selection)之後，你會首先訪問這個ready set。可以這樣訪問ready集合：

int readySet = selectionKey.readyOps();

可以用像檢測interest集合那樣的方法，來檢測channel中什麼事件或操作已經就緒。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

從SelectionKey訪問Channel和Selector很簡單。如下：

selectionKey.attach(theObject);

Object attachedObj = selectionKey.attachment();

附加的對象

可以將一個對象或者更多信息附着到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，或是包含聚集數據的某個對象。使用方法如下：

selectionKey.attach(theObject);

Object attachedObj = selectionKey.attachment();

還可以在用register()方法向Selector註冊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註冊了一或多個通道，就可以調用幾個重載的select()方法。這些方法返回你所感興趣的事件（如連接、接受、讀或寫）已經準備就緒的那些通道。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就緒的那些通道。

下面是select()方法：

int select()  阻塞到至少有一個通道在你註冊的事件上就緒了。

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

int selectNow()  )不會阻塞，不管什麼通道就緒都立刻返回（譯者注：此方法執行非阻塞的選擇操作。如果自從前一次選擇操作後，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值表示有多少通道已經就緒。亦即，自上次調用select()方法後有多少通道變成就緒狀態。

如果調用select()方法，因爲有一個通道變成就緒狀態，返回了1，若再次調用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，現在就有兩個就緒的通道，但在每次select()方法調用之間，只有一個通道就緒了。

selectedKeys()

一旦調用了select()方法，並且返回值表明有一個或更多個通道就緒了，然後可以通過調用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();

當像Selector註冊Channel時，Channel.register()方法會返回一個SelectionKey 對象。這個對象代表了註冊到該Selector的通道。可以通過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();
}

這個循環遍歷已選擇鍵集中的每個鍵，並檢測各個鍵所對應的通道的就緒事件。

注意每次迭代末尾的keyIterator.remove()調用。Selector不會自己從已選擇鍵集中移除SelectionKey實例。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型成你要處理的類型，如ServerSocketChannel或SocketChannel等。

wakeUp()

某個線程調用select()方法後阻塞了，即使沒有通道已經就緒，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用select()方法的那個對象上調用Selector.wakeup()方法即可。阻塞在select()方法上的線程會立馬返回。

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

close()

用完Selector後調用其close()方法會關閉該Selector，且使註冊到該Selector上的所有SelectionKey實例無效。通道本身並不會關閉。

完整的示例

這裏有一個完整的示例，打開一個Selector，註冊一個通道註冊到這個Selector上(通道的初始化過程略去),然後持續監控這個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();
  }
}

【三】Java NIO（channel、buffer、selector）

一、概述

二、Channel

三、Buffer

1.buffer使用例子

2.Buffer的capacity,position和limit

3.常用方法介紹

flip()方法

rewind()方法

clear()與compact()方法

mark()與reset()方法

equals()與compareTo()方法

四、Selector

Selector的創建

向Selector註冊通道

SelectionKey

通過Selector選擇通道

wakeUp()

close()

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