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JAVA NIO : Buffer ,Channel, Selector,Pipe

2017-03-03 15:12 423 查看
原始文章源自：http://ifeve.com/server-socket-channel/

该转载文章做了整合，该文直接转载于此：http://blog.csdn.net/kiss_the_sun/article/details/49930491


概述

标准的IO基于字节流和字符流进行操作的，而NIO是基于通道（Channel）和缓冲区（Buffer）进行操作，数据总是从通道读取到缓冲区中，或者从缓冲区写入到通道中。
非阻塞IO：例如：当线程从通道读取数据到缓冲区时，线程还是可以进行其他事情。当数据被写入到缓冲区时，线程可以继续处理它。从缓冲区写入通道也类似
Java NIO引入了选择器的概念，选择器用于监听多个通道的事件（比如：连接打开，数据到达）。因此，单个的线程可以监听多个数据通道


工作原理

Java NIO为非阻塞式IO，其工作原理如下： 

- 由一个专门的线程来处理所有的 IO 事件，并负责分发。 

- 事件驱动机制：事件到的时候触发，而不是同步的去监视事件。 

- 线程通讯：线程之间通过 wait,notify 等方式通讯。保证每次上下文切换都是有意义的。减少无谓的线程切换。


组成部分

Java NIO关键组成： 

1. Channels: 通道，类似于流，数据可以从Channel读到Buffer中，也可以从Buffer 写到Channel中，图示如下： 



JAVA NIO中主要channel: FileChannel, DatagramChannel, 

SocketChannel, ServerSocketChannel

Buffer: Java NIO中buffer有：ByteBuffer, CharBuffer, DoubleBuffer, FloatBuffer, IntBuffer, LongBuffer, ShortBuffer涵盖了能发送的所有基本数据类型， 还包括一个 MappedByteBuffer，用于表示内存映射文件

Selector: 选择器，允许多线程处理多个channel, 如果你的应用打开了多个连接（通道），但每个连接的流量都很低，使用Selector就会很方便。要使用Selector，得向Selector注册Channel，然后调用它的select()方法。这个方法会一直阻塞到某个注册的通道有事件就绪。一旦这个方法返回，线程就可以处理这些事件，事件的例子有如新连接进来，数据接收等。图示如下： 




Channel

与流类似，又有些不同： 

1. 既可以从通道中读取数据，又可以写数据到通道。但流的读写通常是单向的。 

2. 通道可以异步地读写。 

3. 通道中的数据总是要先读到一个Buffer，或者总是要从一个Buffer中写入，如图：


Channel实现

这些是Java NIO中最重要的通道的实现： 

FileChannel 从文件中读写数据。 

DatagramChannel 能通过UDP读写网络中的数据。 

SocketChannel 能通过TCP读写网络中的数据。 

ServerSocketChannel可以监听新进来的TCP连接，像Web服务器那样。对每一个新进来的连接都会创建一个SocketChannel。 

示例：
package channel;

import java.io.IOException;
import java.io.RandomAccessFile;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class Channel_Test1 {
public static void main(String[] args) throws IOException{
RandomAccessFile raf=new RandomAccessFile("D://test//testNIO.txt","rw");
FileChannel fc=raf.getChannel();
//allocate 48 bytes
ByteBuffer bb=ByteBuffer.allocate(48);
//read into buffer from channel
int byteReads=fc.read(bb);
while(byteReads!=-1){
System.out.println("read: "+byteReads);
//switch to read mode
bb.flip();

while(bb.hasRemaining()){
//read from buffer
System.out.println(bb.get());
}
//clear buffer,read for next time
bb.clear();
byteReads=fc.read(bb);
}
raf.close();
}
}
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注意buf.flip() 的调用，首先读取数据到Buffer，然后反转Buffer,接着再从Buffer中读取数据,即将buffer从写模式切成读模式


Buffer

本质: 一块可写入数据,也可以从中读取数据的内存, 这块内存被包装成NIO buffer对象,并提供相关访问以便进行访问


Buffer基本用法

使用Buffer读写数据一般遵循以下四个步骤： 

1. 写入数据到Buffer 

2. 调用flip()方法: 当向buffer写入数据时，buffer会记录下写了多少数据。一旦要读取数据，需要通过flip()方法将Buffer从写模式切换到读模式。在读模式下，可以读取之前写入到buffer的所有数据。 

3. 从Buffer中读取数据 

4. 调用clear()方法或者compact()方法: 一旦读完了所有的数据，就需要清空缓冲区，让它可以再次被写入。有两种方式能清空缓冲区：调用clear()或compact()方法。clear()方法会清空整个缓冲区。compact()方法只会清除已经读过的数据。任何未读的数据都被移到缓冲区的起始处，新写入的数据将放到缓冲区未读数据的后面


Buffer三个属性

Buffer本质是一块可读可写的内存, 它有三个属性: 

1. * Capacity *: 容量 ,可以往buffer中写入数据,一旦容量满了,需要将其清空（通过读数据或者清除数据）才能继续写数据往里写数据。 

2. Position: 当你写数据到Buffer中时，position表示当前的位置。初始的position值为0.当一个byte、long等数据写到Buffer后， position会向前移动到下一个可插入数据的Buffer单元。position最大可为capacity – 1. 

当读取数据时，也是从某个特定位置读。当将Buffer从写模式切换到读模式，position会被重置为0. 当从Buffer的position处读取数据时，position向前移动到下一个可读的位置。 

3. Limit: 在写模式下，Buffer的limit表示你最多能往Buffer里写多少数据。 写模式下，limit等于Buffer的capacity; 读模式时， limit表示你最多能读到多少数据。因此，当切换Buffer到读模式时，limit会被设置成写模式下的position值。换句话说，你能读到之前写入的所有数据（limit被设置成已写数据的数量，这个值在写模式下就是position）


Buffer类型

ByteBuffer
MappedByteBuffer
CharBuffer
DoubleBuffer
FloatBuffer
IntBuffer
LongBuffer
ShortBuffer
MappedByteBuffer : 表示内存映射文件


Buffer分配

通过allocate()方法进行分配
//allocate 48 bytes
ByteBuffer bb=ByteBuffer.allocate(48);
//allocate 1024 chars
CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(1024);
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向buffer中写数据

两种方法 

1. 从Channel中写入buffer, channel.read(); 

2. 通过buffer.put(),put()接口很多,具体参考javadoc
int byteReads=fc.read(bb);
bb.put((byte) '0');
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从buffer中读数据

两种方法 

1. 从buffer中读取数据到channel 

2. Buffer.get(),对应于put()方法,有多个接口,具体参考javaDoc
int byteWrites=fc.write(bb);
byte aByte=bb.get();
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flip()方法

flip方法将Buffer从写模式切换到读模式。调用flip()方法会将position设回0，并将limit设置成之前position的值。 

换句话说，position现在用于标记读的位置，limit表示之前写进了多少个byte、char等 —— 现在能读取多少个byte、char等。


rewind()方法

Buffer.rewind()将position设回0，所以你可以重读Buffer中的所有数据。limit保持不变，仍然表示能从Buffer中读取多少个元素（byte、char等）


clear() 与compact()

clear() : 清空buffer, 但buffer中数据并未清除,只是将position设为0, limit设置为capacity的值, 这些标记告诉我们可以从哪里开始往buffer中写数据.* 如果Buffer中有一些未读的数据，调用clear()方法，数据将“被遗忘”，意味着不再有任何标记会告诉你哪些数据被读过，哪些还没有。* 
Compact() : 如果Buffer中仍有未读的数据，且后续还需要这些数据，但是此时想要先先写些数据，那么使用compact()方法。 

compact()方法将所有未读的数据拷贝到Buffer起始处。然后将position设到最后一个未读元素正后面。limit属性依然像clear()方法一样，设置成capacity。现在Buffer准备好写数据了，但是不会覆盖未读的数据。


mark()与reset()方法

Buffer.mark()方法，可以标记Buffer中的一个特定position。之后可以通过调用Buffer.reset()方法恢复到这个position
buffer.mark();
//call buffer.get() a couple of times, e.g. during parsing.
buffer.reset();  //set position back to mark.
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equals()与compareTo()方法

比较两个buffer


equals()

当满足下列条件时，表示两个Buffer相等： 

1. 有相同的类型（byte、char、int等）。 

2. Buffer中剩余的byte、char等的个数相等。 

3. Buffer中所有剩余的byte、char等都相同。 

equals只是比较Buffer的一部分，不是每一个在它里面的元素都比较。实际上，它只比较Buffer中的剩余元素。


compareTo()方法

compareTo()方法比较两个Buffer的剩余元素(byte、char等)， 如果满足下列条件，则认为一个Buffer“小于”另一个Buffer： 

1. 第一个不相等的元素小于另一个Buffer中对应的元素 。 

2. 所有元素都相等，但第一个Buffer比另一个先耗尽(第一个Buffer的元素个数比另一个少)。


Scatter/Gather

分散（scatter）: 从Channel中读取是指在读操作时将读取的数据写入多个buffer中。因此，Channel将从Channel中读取的数据“分散（scatter）”到多个Buffer中。 
聚集（gather）: 写入Channel是指在写操作时将多个buffer的数据写入同一个Channel，因此，Channel 将多个Buffer中的数据“聚集（gather）”后发送到Channel。

scatter / gather经常用于需要将传输的数据分开处理的场合，例如传输一个由消息头和消息体组成的消息，你可能会将消息体和消息头分散到不同的buffer中，这样你可以方便的处理消息头和消息体。


Scatter read模式

如图所示:即数据从一个channel中读入到多个buffer中. 



用法:
ByteBuffer headBuffer=ByteBuffer.allocate(128);
ByteBuffer bodyBuffer=ByteBuffer.allocate(1024);
ByteBuffer[] bufferArray={headBuffer,bodyBuffer};
channel.read(bufferArray);
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读取时,以一个buffer数据作为参数, read()方法按照buffer在数组中的顺序将从channel中读取的数据写入到buffer，当一个buffer被写满后，channel紧接着向另一个buffer中写。 
注: Scattering Reads在移动下一个buffer前，必须填满当前的buffer，这也意味着它不适用于动态消息(译者注：消息大小不固定)。换句话说，如果存在消息头和消息体，消息头必须完成填充（例如 128byte），Scattering Reads才能正常工作。


Gathering Writes模式

如图所示: 从多个buffer中写入到一个channel 


 

用法:
ByteBuffer headBuffer=ByteBuffer.allocate(128);
ByteBuffer bodyBuffer=ByteBuffer.allocate(1024);
ByteBuffer[] bufferArray={headBuffer,bodyBuffer};
channel.write(bufferArray);
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buffers数组是write()方法的入参，write()方法会按照buffer在数组中的顺序，将数据写入到channel，注意只有position和limit之间的数据才会被写入。因此，如果一个buffer的容量为128byte，但是仅仅包含58byte的数据，那么这58byte的数据将被写入到channel中。因此与Scattering Reads相反，Gathering Writes能较好的处理动态消息。


通道之间数据的传输

在Java NIO中，如果两个通道中有一个是FileChannel，那你可以直接将数据从一个channel传输到另外一个channel。可通过两个方法, transferFrom() ,transferTo(), 两方法均属于FileChannel.


transferFrom()

将数据从源通道传输到FileChannel中.
RandomAccessFile fromFile=new RandomAccessFile("fromFile.txt","rw");
FileChannel fromChannel=fromFile.getChannel();
RandomAccessFile toFile = new RandomAccessFile("toFile.txt", "rw");
FileChannel  toChannel = toFile.getChannel();

long position = 0;
long count = fromChannel.size();
toChannel.transferFrom(fromChannel, position, count);
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方法的输入参数position表示从position处开始向目标文件写入数据，count表示最多传输的字节数。如果源通道的剩余空间小于 count 个字节，则所传输的字节数要小于请求的字节数。 
注: 在SocketChannel的实现中，SocketChannel只会传输此刻准备好的数据（可能不足count字节）。因此，SocketChannel可能不会将请求的所有数据(count个字节)全部传输到FileChannel中。


transferTo()

将数据从FileChannel传输到其他的channel中。
RandomAccessFile fromFile=new RandomAccessFile("fromFile.txt","rw");
FileChannel fromChannel=fromFile.getChannel();
RandomAccessFile toFile = new RandomAccessFile("toFile.txt", "rw");
FileChannel  toChannel = toFile.getChannel();

long position = 0;
long count = fromChannel.size();
fromChannel.transferTo(position, count, toChannel);
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Selector

Selector（选择器）是Java NIO中能够检测一到多个NIO通道，并能够知晓通道是否为诸如读写事件做好准备的组件。这样，一个单独的线程可以管理多个channel，从而管理多个网络连接。


为什么使用Selector?

仅用单个线程来处理多个Channels的好处是，只需要更少的线程来处理通道。事实上，可以只用一个线程处理所有的通道。对于操作系统来说，线程之间上下文切换的开销很大，而且每个线程都要占用系统的一些资源（如内存）。因此，使用的线程越少越好。 

但是，需要记住，现代的操作系统和CPU在多任务方面表现的越来越好，所以多线程的开销随着时间的推移，变得越来越小了。实际上，如果一个CPU有多个内核，不使用多任务可能是在浪费CPU能力。不管怎么说，关于那种设计的讨论应该放在另一篇不同的文章中。在这里，只要知道使用Selector能够处理多个通道就足够了。


Selector的创建

通过调用Selector.open()方法创建一个Selector，如下：
Selector selector = Selector.open();
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向Selector注册通道

通过SelectableChannel.register()方法来实现,如下:
channel.configureBlocking(false);
SelectionKey key = channel.register(selector,Selectionkey.OP_READ);
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与Selector一起使用时，Channel必须处于非阻塞模式下。这意味着不能将FileChannel与Selector一起使用，因为FileChannel不能切换到非阻塞模式。而套接字通道都可以. 
注意register()方法的第二个参数。这是一个“interest集合”，意思是在通过Selector监听Channel时对什么事件感兴趣。可以监听四种不同类型的事件： 

- Connect: 某个channel成功连接到另一个服务器称为“连接就绪”,对应于SelectionKey.OP_CONNECT 

- Accept: 一个server socket channel准备好接收新进入的连接称为“接收就绪”，对应于SelectionKey.OP_ACCEPT 

- Read：　一个有数据可读的通道可以说是“读就绪”。 对应于 SelectionKey.OP_READ 

- Write：等待写数据的通道可以说是“写就绪”。 对应于SelectionKey.OP_WRITE

如果你对不止一种事件感兴趣，那么可以用“位或”操作符将常量连接起来，如下：
int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;
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SelectionKey

当向Selector注册Channel时，register()方法会返回一个SelectionKey对象。这个对象包含了一些属性： 

- interest集合： 

- ready集合 

- Channel 

- Selector 

- 附加的对象（可选）


interest集合

interest集合是你所选择的感兴趣的事件集合。可以通过SelectionKey读写interest集合，同时也可以用“位与”操作interest 集合和给定的SelectionKey常量，可以确定某个确定的事件是否在interest 集合中。
SelectionKey key=channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
int interestSet = key.interestOps();
boolean isInterestedInAccept  = (interestSet & SelectionKey.OP_ACCEPT) == SelectionKey.OP_ACCEPT;
boolean isInterestedInConnect = (interestSet & SelectionKey.OP_CONNECT)==SelectionKey.OP_CONNECT;
boolean isInterestedInRead    = (interestSet & SelectionKey.OP_READ)==SelectionKey.OP_READ;
boolean isInterestedInWrite   = (interestSet & SelectionKey.OP_WRITE)==SelectionKey.OP_WRITE;
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ready集合

ready 集合是通道已经准备就绪的操作的集合。在一次选择(Selection)之后，会首先访问这个ready set。可以这样访问ready集合：
int readySet = key.readyOps();
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可以用像检测interest集合那样的方法，来检测channel中什么事件或操作已经就绪。但是，也可以使用以下四个方法，它们都会返回一个布尔类型：
selectionKey.isAcceptable();
selectionKey.isConnectable();
selectionKey.isReadable();
selectionKey.isWritable();
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Channel + Selector

可通过如下方式 从SelectionKey访问Channel和Selector：
Channel  channel  = selectionKey.channel();
Selector selector = selectionKey.selector();
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附加的对象

可以将一个对象或者更多信息附着到SelectionKey上，这样就能方便的识别某个给定的通道。使用方法如下：
selectionKey.attach(theObject);
Object attachedObj = selectionKey.attachment();
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还可以在用register()方法向Selector注册Channel的时候附加对象。如：
SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, theObject);
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通过Selector选择通道

一旦向Selector注册了一个或多个通道，就可以调用几个重载的select()方法。这些方法返回你所感兴趣的事件（如连接、接受、读或写）已经准备就绪的那些通道。换句话说，如果你对“读就绪”的通道感兴趣，select()方法会返回读事件已经就绪的那些通道。 

下面是select()方法： 

- int select()：阻塞到至少有一个通道在你注册的事件上就绪了 

- int select(long timeout)：和select()一样，除了最长会阻塞timeout毫秒(参数) 

- int selectNow()：不会阻塞，不管什么通道就绪都立刻返回，此方法执行非阻塞的选择操作。如果自从前一次选择操作后，没有通道变成可选择的，则此方法直接返回零

select()方法返回的int值表示有多少通道已经就绪。亦即，自上次调用select()方法后有多少通道变成就绪状态。如果调用select()方法，因为有一个通道变成就绪状态，返回了1，若再次调用select()方法，如果另一个通道就绪了，它会再次返回1。如果对第一个就绪的channel没有做任何操作，现在就有两个就绪的通道，但在每次select()方法调用之间，只有一个通道就绪了。


selectedKeys()

一旦调用了select()方法，并且返回值表明有一个或更多个通道就绪了，然后可以通过调用selector的selectedKeys()方法，访问“已选择键集（selected key set）”中的就绪通道。如下所示：
Set selectedKeys = selector.selectedKeys();
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当像Selector注册Channel时，Channel.register()方法会返回一个SelectionKey 对象。这个对象代表了注册到该Selector的通道。可以通过SelectionKey的selectedKeySet()方法访问这些对象。 

可以遍历这个已选择的键集合来访问就绪的通道。如下：
Set<SelectionKey> selectKeys=selector.selectedKeys();
Iterator keyIterator=selectKeys.iterator();
while(keyIterator.hasNext()){
SelectionKey selectionKey=(SelectionKey) keyIterator.next();
if(selectionKey.isAcceptable()){
// a connection was accepted by a ServerSocketChannel.
}else if(selectionKey.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();
}
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这个循环遍历已选择键集中的每个键，并检测各个键所对应的通道的就绪事件。 

注意每次迭代末尾的keyIterator.remove()调用。Selector不会自己从已选择键集中移除SelectionKey实例。必须在处理完通道时自己移除。下次该通道变成就绪时，Selector会再次将其放入已选择键集中。 

SelectionKey.channel()方法返回的通道需要转型成你要处理的类型，如ServerSocketChannel或SocketChannel等。


wakeUp()

某个线程调用select()方法后阻塞了，即使没有通道已经就绪，也有办法让其从select()方法返回。只要让其它线程在第一个线程调用select()方法的那个对象上调用Selector.wakeup()方法即可。阻塞在select()方法上的线程会立马返回。 

如果有其它线程调用了wakeup()方法，但当前没有线程阻塞在select()方法上，下个调用select()方法的线程会立即“醒来（wake up）”。


close()

用完Selector后调用其close()方法会关闭该Selector，且使注册到该Selector上的所有SelectionKey实例无效。通道本身并不会关闭。 

完整的示例如下： 

打开一个Selector，注册一个通道注册到这个Selector上然后持续监控这个Selector的四种事件（接受，连接，读，写）是否就绪。
Selector selector=Selector.open();
ServerSocketChannel channel = ServerSocketChannel.open();
channel.configureBlocking(false);
SelectionKey key=channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
while(true){
int readySelect=selector.select();
if(readySelect==0){
continue;
}
Set<SelectionKey> selectKeys=selector.selectedKeys();
Iterator keyIterator=selectKeys.iterator();
while(keyIterator.hasNext()){
SelectionKey selectionKey=(SelectionKey) keyIterator.next();
if(selectionKey.isAcceptable()){
// a connection was accepted by a ServerSocketChannel.
}else if(selectionKey.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
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keyIterator.remove();
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FileChannel

Java NIO中的FileChannel是一个连接到文件的通道。可以通过文件通道读写文件。 
FileChannel无法设置为非阻塞模式，它总是运行在阻塞模式下。


打开FileChannel

在使用FileChannel之前，必须先打开它。但是，无法直接打开一个FileChannel，需要通过使用一个InputStream、OutputStream或RandomAccessFile来获取一个FileChannel实例。下面是通过RandomAccessFile打开FileChannel的示例：
RandomAccessFile raf=new RandomAccessFile("D://test//testNIO.txt","rw");
FileChannel fc=raf.getChannel();
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从FileChannel读取数据

调用多个read()方法之一从FileChannel中读取数据。如：
//allocate 48 bytes
ByteBuffer bb=ByteBuffer.allocate(48);
//read into buffer from channel
int byteReads=fc.read(bb);
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首先，分配一个Buffer。从FileChannel中读取的数据将被读到Buffer中。 

然后，调用FileChannel.read()方法。该方法将数据从FileChannel读取到Buffer中。read()方法返回的int值表示了有多少字节被读到了Buffer中。如果返回-1，表示到了文件末尾。


向FileChannel写数据

使用FileChannel.write()方法向FileChannel写数据，该方法的参数是一个Buffer。如：
RandomAccessFile raf=new RandomAccessFile("D://test//testNIO.txt","rw");
FileChannel channel=raf.getChannel();
//allocate 48 bytes
ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(48);
String data="new test write to file.";
buffer.put(data.getBytes());
buffer.flip();
while(buffer.hasRemaining()){
channel.write(buffer);
}
channel.close();
raf.close();
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注意FileChannel.write()是在while循环中调用的。因为无法保证write()方法一次能向FileChannel写入多少字节，因此需要重复调用write()方法，直到Buffer中已经没有尚未写入通道的字节。


关闭FileChannel

用完FileChannel后必须将其关闭。如：
channel.close();
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FileChannel的position方法

有时可能需要在FileChannel的某个特定位置进行数据的读/写操作。可以通过调用position()方法获取FileChannel的当前位置。 

也可以通过调用position(long pos)方法设置FileChannel的当前位置。
long pos = channel.position();
channel.position(pos +123);
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如果将位置设置在文件结束符之后，然后试图从文件通道中读取数据，读方法将返回-1 —— 文件结束标志。 

如果将位置设置在文件结束符之后，然后向通道中写数据，文件将撑大到当前位置并写入数据。这可能导致“文件空洞”，磁盘上物理文件中写入的数据间有空隙。

FileChannel的size方法 

FileChannel实例的size()方法将返回该实例所关联文件的大小。如:
long fileSize = channel.size();
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FileChannel的truncate方法

可以使用FileChannel.truncate()方法截取一个文件。截取文件时，文件中将指定长度后面的部分将被删除。如：
channel.truncate(1024);
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这个例子截取文件的前1024个字节。


FileChannel的force方法

FileChannel.force()方法将通道里尚未写入磁盘的数据强制写到磁盘上。出于性能方面的考虑，操作系统会将数据缓存在内存中，所以无法保证写入到FileChannel里的数据一定会即时写到磁盘上。要保证这一点，需要调用force()方法。 

force()方法有一个boolean类型的参数，指明是否同时将文件元数据（权限信息等）写到磁盘上。 

下面的例子同时将文件数据和元数据强制写到磁盘上：
channel.force(true);
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SocketChannel

Java NIO中的SocketChannel是一个连接到TCP网络套接字的通道。可以通过以下2种方式创建SocketChannel： 

- 打开一个SocketChannel并连接到互联网上的某台服务器。 

- 一个新连接到达ServerSocketChannel时，会创建一个SocketChannel。


打开 SocketChannel

SocketChannel socketChannel=SocketChannel.open();
SocketChannel socketChannel2 = null;
socketChannel2.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 80));
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关闭 SocketChannel

当用完SocketChannel之后调用SocketChannel.close()关闭SocketChannel：
socketChannel.close();
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从 SocketChannel 读取数据

要从SocketChannel中读取数据，调用一个read()的方法之一。
ByteBuffer bytebuffer = ByteBuffer.allocate(48);
socketChannel.read(bytebuffer);
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read()方法返回的int值表示读了多少字节进Buffer里。如果返回的是-1，表示已经读到了流的末尾（连接关闭了）。此时就调用socketChannel.close()方法关闭channel;


写入 SocketChannel

写数据到SocketChannel用的是SocketChannel.write()方法，该方法以一个Buffer作为参数。
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);
String data = "new test write to file.";
byte[] byteArray = data.getBytes();
buffer.clear();
buffer.put(byteArray);
buffer.flip();
while (buffer.hasRemaining()) {
channel.write(buffer);
}

channel.close();
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注意SocketChannel.write()方法的调用是在一个while循环中的。Write()方法无法保证能写多少字节到SocketChannel。所以，我们重复调用write()直到Buffer没有要写的字节为止。


非阻塞模式

可以设置 SocketChannel 为非阻塞模式（non-blocking mode）.设置之后，就可以在异步模式下调用connect(), read() 和write()了。
socketChannel.configureBlocking(false);
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connect()

如果SocketChannel在非阻塞模式下，此时调用connect()，该方法可能在连接建立之前就返回了。为了确定连接是否建立，可以调用finishConnect()的方法。
SocketChannel socketChannel2 = null;
socketChannel2.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 80));
socketChannel2.configureBlocking(false);
while(!socketChannel2.finishConnect()){
//do something
}
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write()

非阻塞模式下，write()方法在尚未写出任何内容时可能就返回了。所以需要在循环中调用write()。


read()

非阻塞模式下,read()方法在尚未读取到任何数据时可能就返回了。所以需要关注它的int返回值，它会告诉你读取了多少字节。


非阻塞模式与选择器

非阻塞模式与选择器搭配会工作的更好，通过将一或多个SocketChannel注册到Selector，可以询问选择器哪个通道已经准备好了读取，写入等。


ServerSocketChannel

Java NIO中的 ServerSocketChannel 是一个可以监听新进来的TCP连接的通道, 就像标准IO中的ServerSocket一样。ServerSocketChannel类在 java.nio.channels包中。 
可理解为服务器端的socket监听。 

示例如下：
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));
while(true){
SocketChannel socketChannel =serverSocketChannel.accept();
//do something with socketChannel...
}
serverSocketChannel.close();
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打开 ServerSocketChannel

通过调用 ServerSocketChannel.open() 方法来打开ServerSocketChannel
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
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关闭 ServerSocketChannel

通过调用ServerSocketChannel.close() 方法来关闭ServerSocketChannel
serverSocketChannel.close();
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监听新进来的连接

通过 ServerSocketChannel.accept() 方法监听新进来的连接。当 accept()方法返回的时候,它返回一个包含新进来的连接的 SocketChannel。因此, accept()方法会一直阻塞到有新连接到达。 
通常不会仅仅只监听一个连接,在while循环中调用 accept()方法. 如下面的例子：
while(true){
SocketChannel socketChannel =serverSocketChannel.accept();
//do something with socketChannel...
}
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当然,也可以在while循环中使用除了true以外的其它退出准则。


非阻塞模式

ServerSocketChannel可以设置成非阻塞模式。在非阻塞模式下，accept() 方法会立刻返回，如果还没有新进来的连接,返回的将是null。 因此，需要检查返回的SocketChannel是否是null
serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));
serverSocketChannel.configureBlocking(false);
while(true){
SocketChannel socketChannel =serverSocketChannel.accept();
if(socketChannel!=null){
//do something with socketChannel...
}
}
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DatagramChannel

Java NIO中的DatagramChannel是一个能收发UDP包的通道。因为UDP是无连接的网络协议，所以不能像其它通道那样读取和写入。它发送和接收的是数据包。


打开 DatagramChannel

DatagramChannel datagramChannel=DatagramChannel.open();
datagramChannel.connect(new InetSocketAddress(9999));
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这个例子打开的 DatagramChannel可以在UDP端口9999上接收数据包。


接收数据

通过receive()方法从DatagramChannel接收数据，如：
ByteBuffer buf=ByteBuffer.allocate(48);
datagramChannel.receive(buf);
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receive()方法会将接收到的数据包内容复制到指定的Buffer. 如果Buffer容不下收到的数据，多出的数据将被丢弃。


发送数据

通过send()方法从DatagramChannel发送数据，如:
String newData = "New String to write to file..." + System.currentTimeMillis();
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
buf.clear();
buf.put(newData.getBytes());
buf.flip();
int bytesSent = channel.send(buf, new InetSocketAddress("127.0.0.1", 80));
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这个例子发送一串字符到”127.0.0.1”服务器的UDP端口80。 因为服务端并没有监控这个端口，所以什么也不会发生。也不会通知你发出的数据包是否已收到，因为UDP在数据传送方面没有任何保证。


连接到特定的地址

可以将DatagramChannel“连接”到网络中的特定地址的。由于UDP是无连接的，连接到特定地址并不会像TCP通道那样创建一个真正的连接。而是锁住DatagramChannel ，让其只能从特定地址收发数据。
channel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 80));
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当连接后，也可以使用read()和write()方法，就像在用传统的通道一样。只是在数据传送方面没有任何保证。
int bytesRead = channel.read(buf);
int bytesWritten = channel.write(buf);
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Pipe

Java NIO 管道是2个线程之间的单向数据连接。Pipe有一个source通道和一个sink通道。数据会被写到sink通道，从source通道读取。 

Pipe原理的图示： 




创建管道

通过Pipe.open()方法打开管道。例如：
Pipe pipe=Pipe.open();
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向管道写数据

要向管道写数据，需要访问sink通道。
      Pipe pipe=Pipe.open();
Pipe.SinkChannel sink=pipe.sink();

ByteBuffer buf=ByteBuffer.allocate(48);
String str="new test write ";
buf.put(str.getBytes());
buf.flip();
while(buf.hasRemaining()){
sink.write(buf);
}
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从管道读取数据

从读取管道的数据，需要访问source通道
Pipe.SourceChannel sourceChannel=pipe.source();
int byteRead=sourceChannel.read(buf);
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read()方法返回的int值表示多少字节被读进了缓冲区。


JAVA NIO与JAVA IO


Java NIO和IO的主要区别

Java NIO和IO之间的主要差别 

IO NIO 

面向流 面向缓冲 

阻塞IO 非阻塞IO 

无 选择器

面向流与面向缓冲 

Java NIO和IO之间第一个最大的区别是，IO是面向流的，NIO是面向缓冲区的。Java IO面向流意味着每次从流中读一个或多个字节，直至读取所有字节，它们没有被缓存在任何地方。此外，它不能前后移动流中的数据。如果需要前后移动从流中读取的数据，需要先将它缓存到一个缓冲区。 Java NIO的缓冲导向方法略有不同。数据读取到一个它稍后处理的缓冲区，需要时可在缓冲区中前后移动。这就增加了处理过程中的灵活性。但是，还需要检查是否该缓冲区中包含所有您需要处理的数据。而且，需确保当更多的数据读入缓冲区时，不要覆盖缓冲区里尚未处理的数据。

阻塞与非阻塞IO 

Java IO的各种流是阻塞的。这意味着，当一个线程调用read() 或 write()时，该线程被阻塞，直到有一些数据被读取，或数据完全写入。该线程在此期间不能再干任何事情了。 Java NIO的非阻塞模式，使一个线程从某通道发送请求读取数据，但是它仅能得到目前可用的数据，如果目前没有数据可用时，就什么都不会获取。而不是保持线程阻塞，所以直至数据变的可以读取之前，该线程可以继续做其他的事情。 非阻塞写也是如此。一个线程请求写入一些数据到某通道，但不需要等待它完全写入，这个线程同时可以去做别的事情。
线程通常将非阻塞IO的空闲时间用于在其它通道上执行IO操作，所以一个单独的线程现在可以管理多个输入和输出通道（channel）。

选择器（Selectors） 

Java NIO的选择器允许一个单独的线程来监视多个输入通道，你可以注册多个通道使用一个选择器，然后使用一个单独的线程来“选择”通道：这些通道里已经有可以处理的输入，或者选择已准备写入的通道。这种选择机制，使得一个单独的线程很容易来管理多个通道。


NIO和IO如何影响应用程序的设计

无论您选择IO或NIO工具箱，可能会影响您应用程序设计的以下几个方面： 

- 对NIO或IO类的API调用。 

- 数据处理。 

- 用来处理数据的线程数。 

- API调用


数据处理

使用纯粹的NIO设计相较IO设计，数据处理将受到影响。 

在IO设计中，我们从InputStream或 Reader逐字节读取数据。假设你正在处理一基于行的文本数据流，例如： 

该文本行的流可以这样处理：
BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(input));

String nameLine   = reader.readLine();
String ageLine    = reader.readLine();
String emailLine  = reader.readLine();
String phoneLine  = reader.readLine();
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处理状态由程序执行多久决定。一旦reader.readLine()方法返回，肯定文本行就已读完， readline()阻塞直到整行读完，这就是原因。你也知道此行包含名称； 正如你可以看到，该处理程序仅在有新数据读入时运行，并知道每步的数据是什么。一旦正在运行的线程已处理过读入的某些数据，该线程不会再回退数据（大多如此）。下图也说明了这条原则： 



而一个NIO的实现会有所不同，下面是一个简单的例子：
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);
int bytesRead = inChannel.read(buffer);
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从通道读取字节到ByteBuffer。当这个方法调用返回时，你不知道你所需的所有数据是否在缓冲区内。你所知道的是，该缓冲区包含一些字节，这使得处理有点困难。 

假设第一次 read(buffer)调用后，读入缓冲区的数据只有半行，你能处理数据吗？显然不能，需要等待，直到整行数据读入缓存，在此之前，对数据的任何处理毫无意义。 

所以，你怎么知道是否该缓冲区包含足够的数据可以处理呢？好了，你不知道。发现的方法只能查看缓冲区中的数据。其结果是，在你知道所有数据都在缓冲区里之前，你必须检查几次缓冲区的数据。这不仅效率低下，而且可以使程序设计方案杂乱不堪。例如：
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);
int bytesRead = inChannel.read(buffer);
while(! bufferFull(bytesRead) ) {
bytesRead = inChannel.read(buffer);
}
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bufferFull()方法必须跟踪有多少数据读入缓冲区，并返回真或假，这取决于缓冲区是否已满。换句话说，如果缓冲区准备好被处理，那么表示缓冲区满了。 

bufferFull()方法扫描缓冲区，但必须保持在bufferFull（）方法被调用之前状态相同。如果没有，下一个读入缓冲区的数据可能无法读到正确的位置。这是不可能的，但却是需要注意的又一问题。 
如果缓冲区已满，它可以被处理。如果它不满，并且在你的实际案例中有意义，你或许能处理其中的部分数据。但是许多情况下并非如此。下图展示了“缓冲区数据循环就绪”： 




Java NIO:从一个通道里读数据，直到所有的数据都读到缓冲区里.**

用来处理数据的线程数 
NIO可让您只使用一个（或几个）单线程管理多个通道（网络连接或文件），但付出的代价是解析数据可能会比从一个阻塞流中读取数据更复杂。 

如果需要管理同时打开的成千上万个连接，这些连接每次只是发送少量的数据，例如聊天服务器，实现NIO的服务器可能是一个优势。同样，如果你需要维持许多打开的连接到其他计算机上，如P2P网络中，使用一个单独的线程来管理你所有出站连接，可能是一个优势。一个线程多个连接的设计方案如下图所示： 


 

如果你有少量的连接使用非常高的带宽，一次发送大量的数据，也许典型的IO服务器实现可能非常契合。下图说明了一个典型的IO服务器设计： 



Java IO: 一个典型的IO服务器设计- 一个连接通过一个线程处理.
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