Java NIO：NIO概述

原文作者：海子

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Java NIO：NIO概述

　　在上一篇博文中講述了幾種IO模型，現在我們開始進入Java NIO編程主題。NIO是Java 4裏面提供的新的API，目的是用來解決傳統IO的問題。本文下面分別從Java NIO的幾個基礎概念介紹起。

　　以下是本文的目錄大綱：

　　一.NIO中的幾個基礎概念

　　二.Channel

　　三.Buffer

　　四.Selector

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一.NIO中的幾個基礎概念

　　在NIO中有幾個比較關鍵的概念：Channel（通道），Buffer（緩衝區），Selector（選擇器）。

　　首先從Channel說起吧，通道，顧名思義，就是通向什麼的道路，爲某個提供了渠道。在傳統IO中，我們要讀取一個文件中的內容，通常是像下面這樣讀取的：

public class Test {

public static void main(String[] args) throws IOException {

File file = new File("data.txt");

InputStream inputStream = new FileInputStream(file);

byte[] bytes = new byte[1024];

inputStream.read(bytes);

inputStream.close();

}

　　這裏的InputStream實際上就是爲讀取文件提供一個通道的。

　　因此可以將NIO 中的Channel同傳統IO中的Stream來類比，但是要注意，傳統IO中，Stream是單向的，比如InputStream只能進行讀取操作，OutputStream只能進行寫操作。而Channel是雙向的，既可用來進行讀操作，又可用來進行寫操作。

　　Buffer（緩衝區），是NIO中非常重要的一個東西，在NIO中所有數據的讀和寫都離不開Buffer。比如上面的一段代碼中，讀取的數據時放在byte數組當中，而在NIO中，讀取的數據只能放在Buffer中。同樣地，寫入數據也是先寫入到Buffer中。

　　下面介紹一下NIO中最核心的一個東西：Selector。可以說它是NIO中最關鍵的一個部分，Selector的作用就是用來輪詢每個註冊的Channel，一旦發現Channel有註冊的事件發生，便獲取事件然後進行處理。

　　比如看下面的這個例子：

　　用單線程處理一個Selector，然後通過Selector.select()方法來獲取到達事件，在獲取了到達事件之後，就可以逐個地對這些事件進行響應處理。

二.Channel

　　在前面已經提到，Channel和傳統IO中的Stream很相似。雖然很相似，但是有很大的區別，主要區別爲：通道是雙向的，通過一個Channel既可以進行讀，也可以進行寫；而Stream只能進行單向操作，通過一個Stream只能進行讀或者寫；

　　以下是常用的幾種通道：

FileChannel
SocketChanel
ServerSocketChannel
DatagramChannel

　　通過使用FileChannel可以從文件讀或者向文件寫入數據；通過SocketChannel，以TCP來向網絡連接的兩端讀寫數據；通過ServerSocketChanel能夠監聽客戶端發起的TCP連接，併爲每個TCP連接創建一個新的SocketChannel來進行數據讀寫；通過DatagramChannel，以UDP協議來向網絡連接的兩端讀寫數據。

　　下面給出通過FileChannel來向文件中寫入數據的一個例子：

public class Test {

public static void main(String[] args) throws IOException {

File file = new File("data.txt");

FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream(file);

FileChannel channel = outputStream.getChannel();

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

String string = "java nio";

buffer.put(string.getBytes());

buffer.flip(); //此處必須要調用buffer的flip方法

channel.write(buffer);

channel.close();

outputStream.close();

}

　　通過上面的程序會向工程目錄下的data.txt文件寫入字符串"java nio"，注意在調用channel的write方法之前必須調用buffer的flip方法，否則無法正確寫入內容，至於具體原因將在下篇博文中具體講述Buffer的用法時闡述。

三.Buffer

　　Buffer，故名思意，緩衝區，實際上是一個容器，是一個連續數組。Channel提供從文件、網絡讀取數據的渠道，但是讀取或寫入的數據都必須經由Buffer。具體看下面這張圖就理解了：

　　上面的圖描述了從一個客戶端向服務端發送數據，然後服務端接收數據的過程。客戶端發送數據時，必須先將數據存入Buffer中，然後將Buffer中的內容寫入通道。服務端這邊接收數據必須通過Channel將數據讀入到Buffer中，然後再從Buffer中取出數據來處理。

　　在NIO中，Buffer是一個頂層父類，它是一個抽象類，常用的Buffer的子類有：

ByteBuffer
IntBuffer
CharBuffer
LongBuffer
DoubleBuffer
FloatBuffer
ShortBuffer

　　如果是對於文件讀寫，上面幾種Buffer都可能會用到。但是對於網絡讀寫來說，用的最多的是ByteBuffer。

　　關於Buffer的具體使用以及它的limit、posiion和capacity這幾個屬性的理解在下一篇文章中講述。

四.Selector

　　Selector類是NIO的核心類，Selector能夠檢測多個註冊的通道上是否有事件發生，如果有事件發生，便獲取事件然後針對每個事件進行相應的響應處理。這樣一來，只是用一個單線程就可以管理多個通道，也就是管理多個連接。這樣使得只有在連接真正有讀寫事件發生時，纔會調用函數來進行讀寫，就大大地減少了系統開銷，並且不必爲每個連接都創建一個線程，不用去維護多個線程，並且避免了多線程之間的上下文切換導致的開銷。

　　與Selector有關的一個關鍵類是SelectionKey，一個SelectionKey表示一個到達的事件，這2個類構成了服務端處理業務的關鍵邏輯。

　　關於Selector類的具體使用將在後續文章中闡述。

　　參考資料：

　　http://blog.csdn.net/wuxianglong/article/details/6604817

　　http://www.360doc.com/content/12/0515/11/1542811_211144310.shtml

　　http://www.iteye.com/topic/834447

　　http://weixiaolu.iteye.com/blog/1479656

　　http://ifeve.com/overview/