java NIO 编程简介

一 NIO简介

Java NIO 是 java 1.4 之后新出的一套IO接口，这里的的新是相对于原有标准的Java IO和Java Networking接口。NIO提供了一种完全不同的操作方式。

NIO中的N是Non-blocking，也可理解为New。

它支持面向缓冲的，基于通道的I/O操作方法。随着JDK 7的推出，NIO系统得到了扩展，为文件系统功能和文件处理提供了增强的支持。由于NIO文件类支持的这些新的功能，NIO被广泛应用于文件处理。

二 NIO的特性/NIO与IO区别

Java NIO基本组件如下：

1 Channels and Buffers（通道和缓冲区）

IO是面向流的，NIO是面向缓冲区的

标准的IO编程接口是面向字节流和字符流的。而NIO是面向通道和缓冲区的，数据总是从通道中读到buffer缓冲区内，或者从buffer缓冲区写入到通道中；（ NIO中的所有I/O操作都是通过一个通道开始的。）
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；
Java NIO是面向缓存的I/O方法。将数据读入缓冲器，使用通道进一步处理数据。在NIO中，使用通道和缓冲区来处理I/O操作。

2 Non-blocking IO（非阻塞IO）

IO流是阻塞的，NIO流是不阻塞的。

Java NIO使我们可以进行非阻塞IO操作。比如说，单线程中从通道读取数据到buffer，同时可以继续做别的事情，当数据读取到buffer中后，线程再继续处理数据。写数据也是一样的。另外，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。
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

io 与 nio的区别如下:

IO	NIO
面向流(Stream Oriented)	面向缓冲区(Buffer Oriented)
阻塞IO(Blocking IO)	非阻塞IO(Non Blocking IO)
(无)	选择器(Selectors)

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。

3 Selectors（选择器）

NIO有选择器，而IO没有。

选择器用于使用单个线程处理多个通道。因此，它需要较少的线程来处理这些通道。
线程之间的切换对于操作系统来说是昂贵的。因此，为了提高系统效率选择器是有用的。
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。
通道可以异步地读写。
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

三读数据和写数据方式

通常来说NIO中的所有IO都是从 Channel（通道） 开始的。

**从通道进行数据读取：**创建一个缓冲区，然后请求通道读取数据。

**从通道进行数据写入：**创建一个缓冲区，填充数据，并要求通道写入数据。

基本上，所有的 IO 在NIO 中都从一个Channel 开始。Channel 有点象流。数据可以从Channel读到Buffer中，也可以从Buffer 写到Channel中，数据读取和写入操作图示：

四 NIO核心组件简单介绍

NIO包含下面几个核心的组件：

Channels
Buffers
Selectors

虽然Java NIO 中除此之外还有很多类和组件，但在我看来，Channel，Buffer 和 Selector 构成了核心的API。其它组件，如Pipe和FileLock，只不过是与三个核心组件共同使用的工具类。因此，在概述中我将集中在这三个组件上。其它组件会在单独的章节中讲到。

通道（Channel）： 负责连接。
缓冲区（Buffer）： 负责数据的存取
**选择器（Selector）：**是 SelectableChannle 对象的多路复用器， Selector 可以同时监控多个 SelectableChannel 的 IO 状况，也就是说，利用 Selector 可使一个单独的线程管理多个 Channel。 Selector 是非阻塞 IO 的核心。选择器主要根据注册的通道的SelectionKey来监听。

读 : SelectionKey.OP_READ （1）
写 : SelectionKey.OP_WRITE （4）
连接 : SelectionKey.OP_CONNECT （8）
接收 : SelectionKey.OP_ACCEPT （16）

Channels(通道)

在Java NIO中，主要使用的通道如下（涵盖了UDP 和 TCP 网络IO，以及文件IO）：

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。

**FileChannel **

基本的 FileChannel 示例：

    private void read() throws IOException {
        /**
         * 通过RandomAccessFile开启FileChannel
         */
        File file = new File(this.getClass().getResource("/").getPath() +"/data/nio-data.txt");
        if(!file.exists()){
            return;
        }
        RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile(file, "rw");
        FileChannel inChannel = aFile.getChannel();
        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024*1024);
        /**
         * 使用FileChannel读取数据
         */
        int bytesRead = inChannel.read(buf);
        while (bytesRead != -1) {
            System.out.println("Read " + bytesRead);
            //  Flip()函数将一个能够继续添加数据元素的填充状态的缓冲区翻转成一个准备读出元素的释放状态。
            buf.flip();
            while(buf.hasRemaining()){
                // 布尔函数会在释放缓冲区时告诉您是否已经达到缓冲区的上界。以下是一种将数据元素从缓冲区释放到一个数组的方法
                // remaining()函数将告知您从当前位置到上界还剩余的元素数目
                //System.out.print((char)buf.get());
                //显示乱码，采用默认的编码方式（UTF-16BE）将ByteBuffer转换成CharBuffer
                System.out.println(buf.asCharBuffer());
                buf.rewind();//准备重读
                //当前系统默认编码方式
                String encoding = System.getProperty("file.encoding");
                //下面我们使用系统默认的编码方式（GBK）将ByteBuffer转换成CharBuffer
                System.out.println("Decoded using " + encoding + ": " + Charset.forName(encoding).decode(buf));//显示正常，因为写入与读出时采用相同编码方式
            }
            buf.clear();
            bytesRead = inChannel.read(buf);
        }
        /**
         * 关闭FileChannel
         */
        inChannel.close();
        aFile.close();
    }
    private void write() throws IOException {
        String newData = "New String to write to file...";

        RandomAccessFile rdf = new RandomAccessFile(this.getClass().getResource("/").getPath() +"/data/niotest.txt","rw");
        //利用channel中的FileChannel来实现文件的读取
        FileChannel channel=  rdf.getChannel();
        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
        buf.clear();
        buf.put(newData.getBytes());

        buf.flip();

        while(buf.hasRemaining()) {
            channel.write(buf);
        }  
    }

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();

FileChannel的truncate方法
可以使用FileChannel.truncate()方法截取一个文件。截取文件时，文件将中指定长度后面的部分将被删除。如：

channel.truncate(1024);

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);

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。

SocketChannel并连接到互联网上的某台服务器

SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1",8000));

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

 Selector selector = Selector.open();
 ServerSocketChannel  serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
 serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8000));
 serverSocketChannel.configureBlocking(false);
 serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept()

DEMO示例：

SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
socketChannel.configureBlocking(false);
socketChannel.connect(new InetSocketAddress("localhost", 80));
while(!socketChannel.finishConnect()){
	String newData = "New String to write to file..." + System.currentTimeMillis();
	ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
	buf.clear();
	buf.put(newData.getBytes());
	buf.flip();
	while(buf.hasRemaining()) {
	    socketChannel.write(buf);
	}
}

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。

DEMO示例：

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));
serverSocketChannel.configureBlocking(false);

while(true){
    SocketChannel socketChannel =
            serverSocketChannel.accept();
    if(socketChannel != null){
        //do something with socketChannel...
    }
}

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 channel = DatagramChannel.open();
channel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));

Buffers(缓冲区)

在Java NIO中使用的核心缓冲区如下（覆盖了通过I/O发送的基本数据类型：byte, char、short, int, long, float, double ，long）：

ByteBuffer
CharBuffer
ShortBuffer
IntBuffer
FloatBuffer
DoubleBuffer
LongBuffer
MappedByteBuffer

使用Buffer读写数据一般遵循以下四个步骤：

写入数据到Buffer

调用flip()方法

从Buffer中读取数据

调用clear()方法或者compact()方法

MappedByteBuffer 有些特别，java处理大文件，一般用BufferedReader,BufferedInputStream这类带缓冲的Io类，不过如果文件超大的话，更快的方式是采用MappedByteBuffer。 MappedByteBuffer是java nio引入的文件内存映射方案，读写性能极高。NIO最主要的就是实现了对异步操作的支持。其中一种通过把一个套接字通道(SocketChannel)注册到一个选择器(Selector)中,不时调用后者的选择(select)方法就能返回满足的选择键(SelectionKey),键中包含了SOCKET事件信息。这就是select模型。

SocketChannel的读写是通过一个类叫ByteBuffer(java.nio.ByteBuffer)来操作的.这个类本身的设计是不错的,比直接操作byte[]方便多了. ByteBuffer有两种模式:直接/间接.间接模式最典型(也只有这么一种)的就是HeapByteBuffer,即操作堆内存 (byte[]).但是内存毕竟有限,如果我要发送一个1G的文件怎么办?不可能真的去分配1G的内存.这时就必须使用"直接"模式,即 MappedByteBuffer,文件映射.

先中断一下,

谈谈操作系统的内存管理.一般操作系统的内存分两部分:物理内存;虚拟内存.虚拟内存一般使用的是页面映像文件,即硬盘中的某个(某些)特殊的文件.操作系统负责页面文件内容的读写,这个过程叫"页面中断/切换". MappedByteBuffer也是类似的,你可以把整个文件(不管文件有多大)看成是一个ByteBuffer.MappedByteBuffer 只是一种特殊的 ByteBuffer ，即是ByteBuffer的子类。 MappedByteBuffer 将文件直接映射到内存（这里的内存指的是虚拟内存，并不是物理内存）。通常，可以映射整个文件，如果文件比较大的话可以分段进行映射，只要指定文件的那个部分就可以。

内存映像文件三种方式：
FileChannel提供了map方法来把文件影射为内存映像文件： MappedByteBuffer map(int mode,long position,long size); 可以把文件的从position开始的size大小的区域映射为内存映像文件，mode指出了可访问该内存映像文件的方式：READ_ONLY,READ_WRITE,PRIVATE.

READ_ONLY,（只读）：试图修改得到的缓冲区将导致抛出 ReadOnlyBufferException.(MapMode.READ_ONLY)
READ_WRITE（读/写）：对得到的缓冲区的更改最终将传播到文件；该更改对映射到同一文件的其他程序不一定是可见的。 (MapMode.READ_WRITE)
PRIVATE（专用）：对得到的缓冲区的更改不会传播到文件，并且该更改对映射到同一文件的其他程序也不是可见的；相反，会创建缓冲区已修改部分的专用副本。 (MapMode.PRIVATE)

三个方法：
a. fore();缓冲区是READ_WRITE模式下，此方法对缓冲区内容的修改强行写入文件
b. load()将缓冲区的内容载入内存，并返回该缓冲区的引用
c. isLoaded()如果缓冲区的内容在物理内存中，则返回真，否则返回假

三个特性：
调用信道的map()方法后，即可将文件的某一部分或全部映射到内存中，映射内存缓冲区是个直接缓冲区，继承自ByteBuffer,但相对于ByteBuffer,它有更多的优点：
a. 读取快
b. 写入快
c. 随时随地写入

 private void copyFile(File sourceFile, File targetFile){
        FileChannel in = null, out = null;
        try {
            in = new FileInputStream(sourceFile).getChannel();
            out = new FileOutputStream(targetFile).getChannel();
            long size = in.size();
            MappedByteBuffer buf = in.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, size);
            out.write(buf);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                in.close();
                out.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }

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。

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的capacity,position和limit
缓冲区本质上是一块可以写入数据，然后可以从中读取数据的内存。这块内存被包装成NIO Buffer对象，并提供了一组方法，用来方便的访问该块内存。

为了理解Buffer的工作原理，需要熟悉它的三个属性：

capacity
position
limit

position和limit的含义取决于Buffer处在读模式还是写模式。不管Buffer处在什么模式，capacity的含义总是一样的。

这里有一个关于capacity，position和limit在读写模式中的说明，详细的解释在插图后面。

capacity
作为一个内存块，Buffer有一个固定的大小值，也叫“capacity”.你只能往里写capacity个byte、long，char等类型。一旦Buffer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。

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。

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。

当切换Buffer到读模式时， 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）

通道(Channel)之间的数据传输
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。
transferFrom()

FileChannel的transferFrom()方法可以将数据从源通道传输到FileChannel中（译者注：这个方法在JDK文档中的解释为将字节从给定的可读取字节通道传输到此通道的文件中）。下面是一个简单的例子：

// 输出
RandomAccessFile fromFile = new RandomAccessFile("fromFile.txt", "rw");
FileChannel      fromChannel = fromFile.getChannel();

//输入
RandomAccessFile toFile = new RandomAccessFile("toFile.txt", "rw");
FileChannel      toChannel = toFile.getChannel();

// 传输 位置
long position = 0;
long count = fromChannel.size();
toChannel.transferFrom(position, count, fromChannel);

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。
此外要注意，在SoketChannel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()

transferTo()方法将数据从FileChannel传输到其他的channel中。下面是一个简单的例子：

// 输出
RandomAccessFile fromFile = new RandomAccessFile("fromFile.txt", "rw");
FileChannel      fromChannel = fromFile.getChannel();

//输入
RandomAccessFile toFile = new RandomAccessFile("toFile.txt", "rw");
FileChannel      toChannel = toFile.getChannel();

// 传输 位置
long position = 0;
long count = fromChannel.size();
fromChannel.transferTo(position, count, toChannel);

是不是发现这个例子和前面那个例子特别相似？除了调用方法的FileChannel对象不一样外，其他的都一样。
上面所说的关于SocketChannel的问题在transferTo()方法中同样存在。SocketChannel会一直传输数据直到目标buffer被填满。

给Buffer分配缓冲区容量
要想获得一个Buffer对象首先要进行分配。每一个Buffer类都有一个allocate方法。下面是一个分配48字节capacity的ByteBuffer的例子。

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

这是分配一个可存储1024个字符的CharBuffer：

CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(1024);

向Buffer中写数据
写数据到Buffer有两种方式：

使用Channel的read方法写到Buffer。
通过Buffer的put()方法写到Buffer里。

从Channel写到Buffer的例子

int bytesRead = inChannel.read(buf);

OR 通过put方法写Buffer的例子：

ByteBuffer b = buf.put((byte)12);

put方法有很多重载方法，允许你以不同的方式把数据写入到Buffer中。例如，写到一个指定的位置，或者把一个字节数组写入到Buffer。

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。

从Buffer中读取数据
从Buffer中读取数据有两种方式：

使用Buffer读取数据到Channel。
使用get()方法从Buffer中读取数据。
从Buffer读取数据到Channel的例子：

int bytesWritten = inChannel.write(buf);

使用get()方法从Buffer中读取数据的例子

byte aByte = buf.get();

get方法有很多重载方法，允许你以不同的方式从Buffer中读取数据。例如，从指定position读取，或者从Buffer中读取数据到字节数组。

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()方法
一旦读完Buffer中的数据，需要让Buffer准备好再次被写入。可以通过clear()或compact()方法来完成。

如果调用的是clear()方法，position将被设回0，limit被设置成 capacity的值。换句话说，Buffer 被清空了。Buffer中的数据并未清除，只是这些标记告诉我们可以从哪里开始往Buffer里写数据。

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。

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
通过调用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。例如：

buffer.mark();
buffer.reset();

equals()与compareTo()方法
可以使用equals()和compareTo()方法两个Buffer。

equals()
当满足下列条件时，表示两个Buffer相等：

有相同的类型（byte、char、int等）。
Buffer中剩余的byte、char等的个数相等。
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：

第一个不相等的元素小于另一个Buffer中对应的元素。
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)。

Selector(选择器)

Java NIO提供了“选择器”的概念。这是一个可以用于监视多个通道的对象，如数据到达，连接打开等，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。因此，单线程可以监视多个通道中的数据。

如果应用程序有多个通道(连接)打开，但每个连接的流量都很低，则可考虑使用它。例如：在聊天服务器中。

为什么使用Selector?
使用单个线程来处理多个Channels时，我们可以只用一个线程处理所有的Channels（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）。所有，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，在这里，只要知道使用Selector能够处理多个通道就足够了。

下面是单线程使用一个Selector处理3个channel的示例图：

线程使用选择器来处理3个通道

要使用Selector的话，我们必须把Channel注册到Selector上，然后就可以调用Selector的select()方法。这个方法会进入阻塞，直到有一个channel的状态符合条件。当方法返回后，线程可以处理这些事件。

Selector的创建
通过调用Selector.open()方法创建一个Selector，如下：

Selector selector = Selector.open();

向Selector注册通道
为了将Channel和Selector配合使用，必须将channel注册到selector上。通过SelectableChannel.register()方法来实现，如下：

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

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SocketChannel都可以。

注意register()方法的第二个参数。是表示在通过Selector监听Channel时，你要监听那种类型的事件。这四种事件分别为：

SelectionKey.OP_CONNECT
SelectionKey.OP_ACCEPT
SelectionKey.OP_READ
SelectionKey.OP_WRITE

SelectionKey

如同上面，我们还可以来通过selectionKey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();

Channel和Selector 也可以通过selectionKey 获得

Channel  channel  = selectionKey.channel();
Selector selector = selectionKey.selector();

我们还可以将一个对象或者更多信息附着到SelectionKey上，

selectionKey.attach(theObject);
Object attachedObj = selectionKey.attachment();

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);

通过Selector选择通道
一旦向Selector注册了一或多个通道，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。select()方法会返回已经就绪的那些通道。

下面是select()方法：

select()阻塞到至少有一个通道在你注册的事件上就绪了。
select(long timeout)和select()一样，除了最长会阻塞timeout毫秒(参数)。
selectNow()不会阻塞，不管什么通道就绪都立刻返回（译者注：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();

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：

SocketChannel channel = SocketChannel.open();
        Selector selector = Selector.open();
        channel.configureBlocking(false);
        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 = (SelectionKey) 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();
            }
        }

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。

Pipe(管道)

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。

这里是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();

向管道写数据
要向管道写数据，需要访问sink通道。像这样：

Pipe.SinkChannel sinkChannel = pipe.sink();

通过调用SinkChannel的write()方法，将数据写入SinkChannel,像这样：

String newData = "New String to write to file..." + System.currentTimeMillis();
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
buf.clear();
buf.put(newData.getBytes());
buf.flip();
while(buf.hasRemaining()) {
    sinkChannel.write(buf);
}

从管道读取数据
从读取管道的数据，需要访问source通道，像这样：

Pipe.SourceChannel sourceChannel = pipe.source();

调用source通道的read()方法来读取数据，像这样：

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
int bytesRead = sourceChannel.read(buf);

read()方法返回的int值会告诉我们多少字节被读进了缓冲区。

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
当然，使用NIO的API调用时看起来与使用IO时有所不同，但这并不意外，因为并不是仅从一个InputStream逐字节读取，而是数据必须先读入缓冲区再处理。

数据处理
使用纯粹的NIO设计相较IO设计，数据处理也受到影响。

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：

Name: Anna
Age: 25
Email: anna@mailserver.com
Phone: 1234567890

该文本行的流可以这样处理：

String path = this.getClass().getResource("/").getPath();
InputStream input =  new FileInputStream(path + "/data/data.txt");
BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(input));
String nameLine   = reader.readLine();
String ageLine    = reader.readLine();
String emailLine  = reader.readLine();
String phoneLine  = reader.readLine();

请注意处理状态由程序执行多久决定。换句话说，一旦reader.readLine()方法返回，你就知道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；同样，第二个readline()调用返回的时候，你知道这行包含年龄等。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：***(Java IO: 从一个阻塞的流中读数据)***

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);

注意第二行，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，例如，“Name:An”，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);
}

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：***(Java NIO: 单线程管理多个连接)***

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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二 NIO的特性/NIO与IO区别

1 Channels and Buffers（通道和缓冲区）

2 Non-blocking IO（非阻塞IO）

3 Selectors（选择器）

三读数据和写数据方式

四 NIO核心组件简单介绍

Channels(通道)

Buffers(缓冲区)

Selector(选择器)

Pipe(管道)

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