NIO 介紹

NIO，可以說是New IO，也可以說是non-blocking IO，具體怎么解釋都可以。

NIO 1是在JSR51里面定義的，在JDK1.4中引入，因為BolckingIO不支持高并發(fā)網(wǎng)絡(luò)編程，這也是Java1.4以前被人詬病的原因。NIO 2是在JSR203中定義的，在JDK1.7中引入，這是JavaNIO整個的發(fā)展歷程。NIO 1和NIO 2并不是一個新舊替代的關(guān)系，而是一個補(bǔ)充的關(guān)系，NIO 2補(bǔ)充了1中缺少的一些東西。我們可以看一下兩個的內(nèi)容：

NIO 1（這里的介紹只介紹NIO 1）：

Buffers

Channels

Selectors

NIO 2：

Update

New File System API（引入文件系統(tǒng)API，之前的NIO 1當(dāng)中，在Linux中操作文件都需要有讀寫權(quán)限，操作各種屬性等等，在Java中是沒辦法操作的，所以這里引入了一個文件API）

Asynchronous IO（即常說的 AIO）

BIO與NIO的比較

BIO：

面向流（Stream Oriented）（連接建立的時候就可以獲得InputStream和OutputStream，就可以通過流來進(jìn)行操作，流是沒有緩沖的，效率比較低）

阻塞IO（Blocking IO）

NIO：

面向緩沖區(qū)（Buffer Oriented）（讀寫都是通過Buffer來進(jìn)行的，要讀數(shù)據(jù)就得先把數(shù)據(jù)讀到Buffer中去，寫數(shù)據(jù)也要先把數(shù)據(jù)寫到Buffer中，再從Buffer寫到網(wǎng)絡(luò)中去）

非阻塞IO（Non Blocking IO）（IO復(fù)用模型）

選擇器（Selectors）

NIO Buffer 學(xué)習(xí)? ??

上面說了，NIO三個最重要的概念就是Buffer，Channel，Selector，Buffer緩沖區(qū)是用來放數(shù)據(jù)，Channel就是通道，可以把數(shù)據(jù)寫到別的地方，Selector就是一個多路復(fù)用器，用來實現(xiàn)線程復(fù)用。下面會一個一個說。NIO不像BIO那么簡單，甚至比起來要復(fù)雜的多。所以要一塊一塊的學(xué)習(xí)。下面先學(xué)習(xí)Buffer。

一個Buffer本質(zhì)上是內(nèi)存中的一塊，可以將數(shù)據(jù)寫入這塊內(nèi)存，也可以從這塊內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)。JavaNIO中定義了七種類型的Buffer：

可以看到幾種基本類型對應(yīng)的都有Buffer（除了布爾類型），可以存放不同類型的原始數(shù)據(jù)。

Buffer有三大核心概念：position，limit，capacity。

最好理解的是capacity，代表Buffer的容量，申請一個容量為1024的Buffer，那么capacity就是1024。沒有特殊情況，capacity永遠(yuǎn)不會變。一旦Buffer的數(shù)據(jù)大小達(dá)到了capacity，需要清空Buffer，才能從新寫入值。

position就是表示下一個可以操作（讀或者寫）的位置。JavaNIO很多人詬病比較復(fù)雜的一個地方就是，把讀操作和寫操作混在一起，同一種操作可以分成讀模式和寫模式，從讀模式到寫模式需要自己手動去切換（執(zhí)行flip），就是說沒有分開的讀指針和寫指針，就一個操作指針position，在寫模式下，position表示下一個可以寫入的位置，在讀模式下，position表示下一個可以讀的位置。兩種模式在切換的時候，position都會歸零，這樣就可以從頭開始操作。比如在寫模式下，position從0寫到了5，那么切換到讀模式，position會變成0，從第一位開始讀。

limit表示一個限制的最大位置，在寫模式下，limit代表的是最大能寫入的數(shù)據(jù)的位置，這個時候limit等于capacity。寫結(jié)束后切換到讀模式，此時的limit等于Buffer中實際的數(shù)據(jù)大小，因為Buffer不一定被寫滿，比如寫模式下在capacity為10的Buffer中寫入了五個數(shù)據(jù)，那么切換到讀模式，capacity還是10，limit變?yōu)?，position自然歸0，值變?yōu)?。

Buffer的創(chuàng)建

Buffer大致分為兩種類型，一種是Direct Buffer，一種是non-direct Buffer，也叫HeapBuffer。下面看一下比較：

Non-direct ByteBuffer

HeapByteBuffer,標(biāo)準(zhǔn)的java類（表示在堆上創(chuàng)建了一個Buffer，就是一個普通的Java類，在堆上申請內(nèi)存存放Buffer實例）

維護(hù)一份byte[] 在JVM堆上

創(chuàng)建開銷?。╤eap申請內(nèi)存是很快的，所以創(chuàng)建開銷很?。?/p>
拷貝到臨時DirectByteBuffer,但臨時緩沖區(qū)使用緩存。聚集寫/發(fā)散讀時沒有緩存臨時緩沖區(qū) （也就是前面的線程模型提到的當(dāng)做數(shù)據(jù)拷貝的時候，并不能直接從堆上直接寫到內(nèi)核態(tài)緩沖區(qū)發(fā)送出去，必須要在native中申請一塊內(nèi)存，先把數(shù)據(jù)拷貝到native中去，然后再發(fā)送）

可以自動GC（垃圾回收）

Direct ByteBuffe

底層存儲在非JVM堆上,通過native代碼操作（數(shù)據(jù)存儲在堆之外，也就是JVM之外的普通內(nèi)存空間，Java通過JNI調(diào)用c函數(shù)malloc申請的nvtive內(nèi)存，也就代表JVM是無法回收的）

-XX:MaxDirectMemorySize=<size>

創(chuàng)建開銷大（需要調(diào)用c函數(shù)申請，創(chuàng)建開銷大）

無需臨時緩沖區(qū)做拷貝（數(shù)據(jù)本來就在native中，可以直接發(fā)送）

需要自己GC，每次創(chuàng)建或者釋放都需要調(diào)用一次System.gc()

我們來看一下代碼，創(chuàng)建Buffer有兩種方法，allocate/allocateDirect方法，從名字就能看出各自創(chuàng)建的是上面哪種Buffer?；蛘呓柚鷶?shù)組創(chuàng)建（使用warp）。我們先用allocate創(chuàng)建：

ByteBuffer buffer0 = ByteBuffer.allocate(10);

可以看到，很簡單，然后用allocateDirect方法創(chuàng)建：

ByteBuffer buffer1 = ByteBuffer.allocateDirect(10);

然后用第三種，根據(jù)一個數(shù)組去創(chuàng)建：

byte[] bytes = new byte[10];

ByteBuffer buffer2 = ByteBuffer.wrap(bytes);

根據(jù)數(shù)組創(chuàng)建的時候，還可以設(shè)置偏移量（新Buffer的位置）和長度：

byte[] bytes2 = new byte[10];

//指定范圍

ByteBuffer buffer3 = ByteBuffer.wrap(bytes2, 2, 3);

上面一共用四種方法創(chuàng)建了Buffer，我們來打印出四種buffer的信息，包括數(shù)組的信息，position，limit，capacity三個信息，以及剩余可操作的空間（每個buffer都打?。?/p>

if (buffer0.hasArray()) {

????????System.out.println("buffer0 array: " + buffer0.array());

????????System.out.println("Buffer0 array offset: " + buffer0.arrayOffset());

}

System.out.println("Position: " + buffer0.position());

System.out.println("Limit: " + buffer0.limit());

System.out.println("Capacity: " + buffer0.capacity());

System.out.println("Remaining: " + buffer0.remaining());

hasArray()判斷表示的是，buffer底層是否是以數(shù)組的形式存儲的，是就為true，對于HeapByteBuffer，底層都是數(shù)組，所以weitrue，DirectByteBuffer底層不是以數(shù)組形式存儲的，所以為false，使用warp創(chuàng)建的Buffer實際上返回的也是HeapByteBuffer，也在堆上，我們先來看buffer0的打印結(jié)果

前兩行打印出了數(shù)組和數(shù)組的偏移量，后面打印出一些屬性，因為還沒有做任何操作，所以position是0，capacity理所當(dāng)然是10，可操作的最后位置limit這時候等于capacity，也是10，可操作的剩余空間大小也是10，所以打印出了上面的結(jié)果。根據(jù)上面創(chuàng)建出的實際情況，buffer0，buffer1，buffer2打印的結(jié)果應(yīng)該是一樣的，實際也是如此：

buffer3有些不同，我們創(chuàng)建的時候設(shè)置了前提條件，因為偏移量為2，所以position的起始位置是從2開始的，長度設(shè)置成了3，所以可操作的最大位置limit是5（2加3），因為是根據(jù)數(shù)據(jù)byte2創(chuàng)建的，所以總的容量還是10，所以capacity還是10，剩余可操作的空間自然就是長度3，所以buffer3的打印結(jié)果如下：

Buffer的訪問

上面寫了代碼說了怎么創(chuàng)建Buffer，下面看怎么訪問Buffer。先創(chuàng)建一個buffer：

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);

然后看一個打印Buffer信息的方法：

然后我們打印一下剛剛創(chuàng)建的Buffer：

printBuffer(buffer);

打印結(jié)果：

上面打印的信息很簡單，不再解釋，下面看第一個操作，開始向Buffer中寫入數(shù)據(jù)，然后打?。ㄗ⒁鈱懭氲牟僮鳎?/p>

我們向Buffer中寫入了五個數(shù)據(jù)，來看看Buffer的信息如何變化：

position變成了5，其它信息并未改變，下一步，我們轉(zhuǎn)換buffer的狀態(tài)，由寫模式改為讀模式，然后打印：

打印結(jié)果：

可以看到，模式轉(zhuǎn)換后，position歸零，limit到了已寫入數(shù)據(jù)的末尾，capacity自然不變，現(xiàn)在讀取兩個元素（注意讀操作）：

打印結(jié)果：

注意上面position的變化，下面我們來標(biāo)記一下當(dāng)前buffer的位置，這樣進(jìn)行多次操作后，還可以回到標(biāo)記時的狀態(tài)：

打印結(jié)果自然沒什么變化：

再次讀取兩個數(shù)據(jù)：

查看打印結(jié)果：

position再次變化，下面恢復(fù)到mark之前的位置：

打印結(jié)果：

下面來對buffer進(jìn)行壓縮操作，也就是將 position 與 limit之間的數(shù)據(jù)復(fù)制到buffer的開始位置，復(fù)制后 position = limit -position,limit = capacity，但如果position 與limit 之間沒有數(shù)據(jù)的話發(fā)，就不會進(jìn)行復(fù)制：

打印結(jié)果：

可以看到，壓縮后，將未讀過的數(shù)據(jù)直接移到了開始位置，position直接移到了這些數(shù)據(jù)的末尾，并且切換到寫模式，所以position等于未操作的數(shù)據(jù)空間長度，也就是limit減去原來的position，capacity回到了空間最后的位置，下面我們情況buffer：

打印結(jié)果：

可以看到，clear直接把buffer回到了初始狀態(tài)。通過上面幾種操作，大家可以對ByteBuffer幾種指針變化的流程有所了解。

Slice切片復(fù)制Buffer操作

這種復(fù)制操作有點(diǎn)類似視圖的概念，是一種淺復(fù)制，調(diào)用該方法得到的新緩沖區(qū)所操作的數(shù)組還是原始緩沖區(qū)中的那個數(shù)組，不過，通過slice創(chuàng)建的新緩沖區(qū)只能操作原始緩沖區(qū)中數(shù)組剩余的數(shù)據(jù)，即索引為調(diào)用slice方法時原始緩沖區(qū)的position到limit索引之間的數(shù)據(jù)，超出這個范圍的數(shù)據(jù)通過slice創(chuàng)建的新緩沖區(qū)無法操作到。我們給定一個Buffer，放滿數(shù)據(jù)，然后打?。?/p>