1 NIO簡介

? ? ? ? 在1.4版本之前，Java NIO類庫是阻塞IO，從1.4版本開始，引進了新的異步IO庫，被稱為Java New IO類庫，簡稱為Java NIO。New IO類庫的目的 就是要讓Java支持非阻塞IO。

? ? ? ? Java NIO類庫包含三個核心組件：

? ? ? ? 1、Channel（通道）

? ? ? ? 2、Buffer（緩沖區(qū)）

? ? ? ? 3、Selector（選擇器）

? ? ? ? 理解了上一章高并發(fā)IO底層原理，大家會馬上識別出來Java NIO屬于第三種模型——IO多路復用模型。只不過，Java NIO組件提供了統(tǒng)一的API，為大家屏蔽了底層的操作系統(tǒng)的差異。

? ? ? ? 本章，會對上面3個組件展開詳細介紹。首先看一下Java NIO和OIO的簡單對比。

1.1 NIO和OIO的對比

? ? ? ? 在Java中，NIO和OIO的區(qū)別主要體現(xiàn)在三個地方：

? ? ? ? 1、OIO是面向流的，NIO是面向緩沖區(qū)的。在一般的OIO操作中，面向字節(jié)流或字符流的IO操作總是以流式的方式順序地從一個流（Stream）中讀取一個或多個字節(jié)，因此，我們不能隨意改變讀取指針的位置。在NIO操作中則不同，NIO中引入了Channel和Buffer的概念。面向緩沖區(qū)的讀取和寫入只需要從通道讀取數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)中，或?qū)?shù)據(jù)從緩沖區(qū)寫入到通道中。NIO不像OIO那樣順序操作，它可以隨意讀取Buffer中任意位置的數(shù)據(jù)。

? ? ? ? 2、OIO的操作是阻塞的，而NIO是非阻塞的。OIO操作時，例如調(diào)用一個read方法讀取一個文件的內(nèi)容，調(diào)用read的線程就會被阻塞，直到read操作完成。在NIO模式中，當調(diào)用read方法時，如果此時有數(shù)據(jù)，則read讀取數(shù)據(jù)并返回，如果此時沒有數(shù)據(jù)，則read也返回直接返回，而不會阻塞當前線程。

? ? ? ? 3、OIO沒有選擇器（Selector）的概念，而NIO有選擇器的概念。NIO的實現(xiàn)是基于底層選擇器的系統(tǒng)調(diào)用的，所以NIO需要底層操作系統(tǒng)提供支持，而OIO不需要選擇器。

1.2 通道

? ? ? ? 在OIO中，同一個網(wǎng)絡連接會關聯(lián)兩個流：一個是輸入流（Input Stream）,另一個是輸出流（Output Stream）。Java應用程序通過這兩個流不斷地進行輸入和輸出的操作。

? ? ? ? 在NIO中，一個網(wǎng)絡連接使用一個通道表示，所有NIO的IO操作都是通過連接通道完成的。一個通道類似于OIO中兩個流的結合體，既可以從通道讀取數(shù)據(jù)，也可以向通道寫入數(shù)據(jù)。

1.3 選擇器

? ? ? ? 首先回顧一下前面介紹的基礎知識——IO多路復用（高并發(fā)IO底層原理）指的是一個進程/線程可以同時監(jiān)視多個文件描述符（含socket連接），一旦其中的一個或多個文件描述符可讀或者可寫，該監(jiān)聽進程/線程就能夠進行IO就緒事件的查詢。

? ? ? ? 在Java應用層面，如何實現(xiàn)對多個文件描述符的監(jiān)視呢？需要用到一個非常重要的Java NIO組件——選擇器。選擇器可以理解為一個IO事件的監(jiān)聽與查詢器。通過選擇器，一個線程可以查詢多個通道的IO事件的就緒狀態(tài)。

? ? ? ? 從編程實現(xiàn)維度來說，IO多路復用變成的第一步是把通道注冊到選擇器中，第二步是通過選擇器所提供的事件查詢（select）方法來查詢這些注冊的通道是否有已經(jīng)就緒的IO事件（例如可讀、可寫、網(wǎng)絡連接完成等）。

? ? ? ? 由于一個選擇器只需要一個線程進行監(jiān)控，因此我們可以很簡單地使用一個線程，通過選擇器去管理多個連接通道。

? ? ? ? 與OIO相比，NIO使用選擇器的最大優(yōu)勢就是系統(tǒng)開銷小。系統(tǒng)不必為每一個網(wǎng)絡連接（文件描述符）創(chuàng)建進程/線程,從而大大減少了系統(tǒng)的開銷?？傊粋€線程負責多個連接通道的IO處理是非常高效的，這種高效來自Java的選擇器組件Selector及其底層的操作系統(tǒng)IO多路復用技術的支持。

1.4 緩沖區(qū)

? ? ? ? 應用程序與通道的交互主要是進行數(shù)據(jù)的讀取和寫入。為了完成NIO的非阻塞讀寫操作，NIO準備了第三個重要的組件——Buffer。所謂通道的讀取，就是將數(shù)據(jù)從通道讀取到緩沖區(qū)中；通道的寫入，就是將數(shù)據(jù)從緩沖區(qū)寫入通道中。緩沖區(qū)的使用是面向流進行讀寫操作的OIO所沒有的，也就是NIO非阻塞的重要前提和基礎之一。

2 Buffer類

? ? ? ? Buffer類是一個抽象類，對應于Java的主要數(shù)據(jù)類型。在NIO中，有8種緩沖區(qū)類，分別是ByteBuffer、CharBuffer、DoubleBuffer、FloatBuffer、IntBuffer、LongBuffer、ShortBuffer、MappedByteBuffer。前7種Buffer類型覆蓋了能在IO中傳輸?shù)乃蠮ava基本數(shù)據(jù)類型，第8種類型是一種專門用于內(nèi)存映射的ByteBuffer類型。不同的Buffer子類可以操作的數(shù)據(jù)類型能夠通過名稱進行判斷，比如IntBuffer只能操作Integer類型的對象。

? ? ? ? 實際上，使用最多的是ByteBuffer(二進制字節(jié)緩沖區(qū))類型，后面的章節(jié)會看到它的具體使用。

2.1 Buffer類的重要屬性

? ? ? ? Buffer的子類會擁有一塊內(nèi)存，作為數(shù)據(jù)的讀寫緩沖區(qū)，但是讀寫緩沖區(qū)并沒有定義在Buffer基類中，而是定義在具體的子類中。例如，ByteBuffer子類就擁有一個byte[]類型的數(shù)組成員

final byte[] hb; 

可以作為自己的讀寫緩沖區(qū)，數(shù)據(jù)的元素類型與Buffer子類的操作類型相對應。為了記錄讀寫的狀態(tài)和位置，Buffer類額外提供了一些重要的屬性，其中有三個重要的成員屬性：capacity(容量)、position（讀寫位置）和limit（讀寫的限制）。

? ? ? ? 1、capacity屬性

? ? ? ? Buffer類的capacity屬性表示內(nèi)存容量的大小。一旦寫入的對象數(shù)量超過了capacity，緩沖區(qū)就滿了，不能在寫入。capacity屬性一旦初始化，就不能再改變。原因是什么呢？Buffer類的對象在初始化時會按照capacity分配內(nèi)部數(shù)組的內(nèi)存，在數(shù)據(jù)內(nèi)存分配好之后，它的大小就不能改變了。前面講到，Buffer類是一個抽象類，Java不能直接用來創(chuàng)建對象。在具體使用的時候，必須使用Buffer的某個子類，例如DoubleBuffer子類，該子類能寫入的數(shù)據(jù)類型是double，如果在創(chuàng)建實例時，其capacity是100，那么最多可以寫入100個double類型的數(shù)據(jù)。

? ? ? ? 【注意】capacity不是指內(nèi)部的內(nèi)存塊byte[]數(shù)組的字節(jié)數(shù)量，而是指能寫入的數(shù)據(jù)對象的最大限制數(shù)量。

? ? ? ? 2、position屬性

? ? ? ? position表示當前的位置。position屬性的值與緩沖區(qū)的讀寫模式有關，在不同的模式下，position屬性值的含義是不同的，在緩沖區(qū)進行讀寫的模式改變時，position值會進行相應的調(diào)整。

? ? ? ? 在寫模式下，position值的變化規(guī)則如下：

? ? ? ? （1）在剛進入寫模式時，position值為0，表示當前的寫入位置從頭開始。

? ? ? ? （2）每當一個數(shù)據(jù)寫到緩沖區(qū)后，position就會向后移動到下一個可寫的位置。

? ? ? ? （3）初始的position值為0，最大可寫值為limit-1。當position值達到limit時，緩沖區(qū)就已經(jīng)無可用空間寫入了。

? ? ? ? 在讀模式下，position值的變化規(guī)則如下：

? ? ? ? （1）當緩沖區(qū)剛開始進入讀模式時，position會被重置為0.

? ? ? ? （2）當從緩沖區(qū)讀取時，也是從position位置開始讀。讀取數(shù)據(jù)后，position向前移動到下一個可讀的位置。

? ? ? ? （3）在讀模式下，limit表示可讀數(shù)據(jù)的上線。position的最大值為最大可讀上線limit，當position達到limit時表示緩沖區(qū)已經(jīng)無數(shù)據(jù)可讀。

? ? ? ? Buffer的讀寫模式具體如何切換呢？當新建了一個緩沖區(qū)實例時，緩沖區(qū)處于寫模式，這時可以寫入數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)寫入完成后，如果要從緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)，就要進行模式的切換，可以調(diào)用flip()方法將緩沖區(qū)變成讀模式，flip為翻轉的意思。再從寫模式到讀模式的翻轉過程中，position和limit屬性值會進行調(diào)整，具體的規(guī)則是：

? ? ? ? （1）limit屬性被設置成寫模式時的position值，表示可以讀取的最大數(shù)據(jù)位置。

? ? ? ? （2）position由原來的寫入位置變成新的可讀位置，也就是0，表示可以從頭開始讀。

? ? ? ? 3、limit屬性

? ? ? ? limit屬性表示可以寫入或讀取的數(shù)據(jù)最大上限，其屬性值的具體含義也與緩沖區(qū)的讀寫模式有關。在不同的模式下，limit值的含義是不同的，具體分為以下兩種情況。

? ? ? ? （1）在寫模式下，limit屬性值的含義為可以寫入的數(shù)據(jù)最大上限。在剛進入寫模式時，limit的值會被設置成緩沖區(qū)的capacity值，表示可以一直將緩沖區(qū)的容量寫滿。

? ? ? ? （2）在讀模式下，limit值的含義為最大能從緩沖區(qū)讀取多少數(shù)據(jù)。

? ? ? ? 一般來說，在進行緩沖區(qū)操作時是先寫入再讀取。當緩沖區(qū)寫入完成后，就可以開始從Buffer讀取數(shù)據(jù)，調(diào)用flip()方法，這時limit的值也會進行調(diào)整。具體如何調(diào)整呢？將寫模式下的position值設置成讀模式下的limit值，也就是說，將之前寫入的最大數(shù)量作為可以讀取數(shù)據(jù)的上限值。

? ? ? ? Buffer在翻轉時的屬性值調(diào)整主要涉及position，limit兩個屬性，但這種調(diào)整比較微妙，不太好理解，下面舉例說明：

? ? ? ? 首先，創(chuàng)建緩沖區(qū)。新創(chuàng)建的緩沖區(qū)處于寫模式，其position值為0，limit值為最大容量capacity。

? ? ? ? 然后，向緩沖區(qū)寫數(shù)據(jù)。每寫入一個數(shù)據(jù)，position向后面移動一個位置，也就是position的值加1。這里假定寫入了5個數(shù)，當寫入完成后，position的值為5.

? ? ? ? 最后，使用flip()方法將緩沖區(qū)切換到讀模式。limit的值會先被設置成寫模式的position值，所以新的limit的值是5，表示可以讀取數(shù)據(jù)的最大上限是5.之后調(diào)整position值，新的position會被重置為0，表示可以從0開始讀。

? ? ? ? 緩沖區(qū)切換到讀模式后就可以從緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)了，一直到緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)讀取完畢。

? ? ? ? 除了以上capacity、limit、position三個重要的成員屬性外，Buffer還有一個比較重要的標記屬性：mark（標記）屬性。該屬性的大致作用是：在緩沖區(qū)操作過程中，可以將當前的position值臨時存入mark屬性中，需要的時候，再從mark中取出暫存的標記值，恢復到position屬性中，重新從position位置開始處理。

? ? ? ? 下面用表總結一下Buffer類的四個重要屬性。

?文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-806570.html

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到了這里，關于Java NIO （一）簡介的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！