摘要：通過(guò)協(xié)議向網(wǎng)絡(luò)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)通過(guò)協(xié)議向網(wǎng)絡(luò)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)以一個(gè)服務(wù)器的形式，監(jiān)聽(tīng)到來(lái)的連接，對(duì)每個(gè)連接建立一個(gè)。

它是Java1.4之后出現(xiàn)的IO API，與傳統(tǒng)IO和網(wǎng)絡(luò)API不同，具有非阻塞的特點(diǎn)。

在BIO中我們使用字節(jié)流和字符流。NIO中我們使用channel和buffer。數(shù)據(jù)總是從一個(gè)channel中讀取到buffer中，或者從buffer中寫(xiě)入到channel中。

NIO的意思是一個(gè)線程可以讓一個(gè)channel將數(shù)據(jù)讀取到buffer中，與此同時(shí)，這個(gè)線程還可以做其他的事情，線程可以等到數(shù)據(jù)全部進(jìn)入buffer之后再處理數(shù)據(jù)，從buffer中寫(xiě)入線程也是一樣的。

selector：選擇器是一個(gè)NIO當(dāng)中的概念，指的是一個(gè)對(duì)象，能監(jiān)視多個(gè)channel發(fā)生的事件（如連接建立，數(shù)據(jù)到達(dá)等）。因此，一個(gè)單線程可以監(jiān)視多個(gè)channel的數(shù)據(jù)。

Java NIO的三個(gè)核心基礎(chǔ)組件，

Channels

Buffers

Selectors

其余的諸如Pipe，F(xiàn)ileLcok都是在使用以上三個(gè)核心組件時(shí)幫助更好使用的工具類(lèi)。

所有的IO操作在NIO中都是以Channel開(kāi)始的。一個(gè)Channel就像一個(gè)流。從Channel中，數(shù)據(jù)可以被讀取到buffer里，也可以從buffer里寫(xiě)到Channel中。

基本的Channel實(shí)現(xiàn)有以下這些：

FileChannel

DatagramChannel

SocketChannel

ServerSocketChannel

涵蓋了UDP,TCP以及文件的IO操作。

核心的buffer實(shí)現(xiàn)有這些

ByteBuffer

CharBuffer

DoubleBuffer

FloatBuffer

IntBuffer

LongBuffer

ShortBuffer

涵蓋了所有的基本數(shù)據(jù)類(lèi)型（4類(lèi)8種，除了Boolean）。也有其他的buffer如MappedByteBuffer，此處不講。

selector允許一個(gè)線程來(lái)監(jiān)視多個(gè)Channel，這在當(dāng)你的應(yīng)用建立了多個(gè)連接，但是每個(gè)連接吞吐量都較小的時(shí)候是可行的。例如：一個(gè)聊天服務(wù)器。圖為一個(gè)線程使用selector處理三個(gè)channel。

要使用一個(gè)Selector，你要先注冊(cè)這個(gè)selector的Channels。然后你調(diào)用selector的select()方法。這個(gè)方法會(huì)阻塞，直到它注冊(cè)的channels當(dāng)中有一個(gè)準(zhǔn)備好了的事件發(fā)生了。當(dāng)select()方法返回的時(shí)候，線程可以處理這些事件，如新的連接的到來(lái)，數(shù)據(jù)收到了等。

NIO channel和流很近似但是也有一些不同。

你既可以讀取也可以寫(xiě)入到channel，流只能讀取或者寫(xiě)入，inputStream和outputStream。

channel可以異步地讀和寫(xiě)。

channel永遠(yuǎn)都是從一個(gè)buffer中讀或者寫(xiě)入到一個(gè)buffer中去。

以下是NIO中最重要的幾個(gè)channel的實(shí)現(xiàn)。

FileChannel 向文件當(dāng)中讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。

DatagramChannel 通過(guò)UDP協(xié)議向網(wǎng)絡(luò)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)

SocketChannel 通過(guò)TCP協(xié)議向網(wǎng)絡(luò)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)

ServerSocketChannel 以一個(gè)web服務(wù)器的形式，監(jiān)聽(tīng)到來(lái)的TCP連接，對(duì)每個(gè)連接建立一個(gè)SocketChannel。

使用一個(gè)FileChannel將數(shù)據(jù)讀入一個(gè)buffer

     RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("data/nio-data.txt", "rw");
    FileChannel inChannel = aFile.getChannel();

    ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

    int bytesRead = inChannel.read(buf);
    while (bytesRead != -1) {

      System.out.println("Read " + bytesRead);
      buf.flip();

      while(buf.hasRemaining()){
          System.out.print((char) buf.get());
      }

      buf.clear();
      bytesRead = inChannel.read(buf);
    }
    aFile.close();

buf.flip()的意思是讀寫(xiě)轉(zhuǎn)換，首先你讀入一個(gè)buffer，然后你flip，轉(zhuǎn)換讀寫(xiě)，然后再?gòu)腷uffer中讀出，buffer的操作接下來(lái)會(huì)講。

NIO buffer在與NIO Channel交互時(shí)使用，數(shù)據(jù)從channel中讀取出來(lái)放入buffer，或者從buffer中讀取出來(lái)寫(xiě)入channel。

buffer就是一塊內(nèi)存，你可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)，并且在之后讀取它。這塊內(nèi)存被包裝成NIO buffer對(duì)象，它提供了一些方法來(lái)讓你更簡(jiǎn)單地操作內(nèi)存。

使用buffer讀寫(xiě)數(shù)據(jù)基本上分為以下4部操作：

將數(shù)據(jù)寫(xiě)入buffer

調(diào)用buffer.flip()

將數(shù)據(jù)從buffer中讀取出來(lái)

調(diào)用buffer.clear()或者buffer.compact()

在寫(xiě)buffer的時(shí)候，buffer會(huì)跟蹤寫(xiě)入了多少數(shù)據(jù)，需要讀buffer的時(shí)候，需要調(diào)用flip()來(lái)將buffer從寫(xiě)模式切換成讀模式，讀模式中只能讀取寫(xiě)入的數(shù)據(jù)，而非整個(gè)buffer。

當(dāng)數(shù)據(jù)都讀完了，你需要清空buffer以供下次使用，可以有2種方法來(lái)操作：

調(diào)用clear()

調(diào)用compact()

區(qū)別：clear方法清空整個(gè)buffer，compact方法只清除你已經(jīng)讀取的數(shù)據(jù)，未讀取的數(shù)據(jù)會(huì)被移到buffer的開(kāi)頭，此時(shí)寫(xiě)入數(shù)據(jù)會(huì)從當(dāng)前數(shù)據(jù)的末尾開(kāi)始。

一個(gè)簡(jiǎn)單的buffer使用例子：

RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("data/nio-data.txt", "rw");
FileChannel inChannel = aFile.getChannel();

//創(chuàng)建一個(gè)容量為48的ByteBuffer
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

int bytesRead = inChannel.read(buf); //從channel中讀（取數(shù)據(jù)然后寫(xiě)）入buffer
//下面是讀取buffer
while (bytesRead != -1) {

      buf.flip();                      //轉(zhuǎn)換buffer為讀模式

     while(buf.hasRemaining()){
          System.out.print((char) buf.get()); // 一次讀取一個(gè)byte
      }

  buf.clear();                         //清空buffer準(zhǔn)備下一次寫(xiě)入
  bytesRead = inChannel.read(buf);    
}
aFile.close();

buffer有3個(gè)屬性需要熟悉以理解buffer的工作原理：

容量（Capacity）：緩沖區(qū)能夠容納的數(shù)據(jù)元素的最大數(shù)量。容量在緩沖區(qū)創(chuàng)建時(shí)被設(shè)定，并且永遠(yuǎn)不能被改變。

上界（Limit）：寫(xiě)模式中等價(jià)于buffer的大小，即capacity；讀模式中為當(dāng)前緩沖區(qū)中一共有多少數(shù)據(jù)，即可讀的最大位置。這意味著當(dāng)調(diào)用filp()方法切換成讀模式時(shí)，limit的值變成position的值，而position重新指向0.

位置（Position）：下一個(gè)要被讀或?qū)懙脑氐奈恢?。初始化?，buffer滿(mǎn)時(shí)，position最大值為capacity-1。切換成讀模式的時(shí)候，position指向0。Position會(huì)自動(dòng)由相應(yīng)的 get( )和 put( )函數(shù)更新。

position和limit的值在讀/寫(xiě)模式中是不一樣的。
capacity的值永遠(yuǎn)表示buffer的大小。

下圖解釋了在讀/寫(xiě)模式中Capacity,Position和Limit的意思。

Java NIO中有以下這些buffer種類(lèi)：

ByteBuffer

MappedByteBuffer //比較特殊，會(huì)在以后講解

CharBuffer

DoubleBuffer

FloatBuffer

IntBuffer

LongBuffer

ShortBuffer

獲得一個(gè)buffer 之前必須先分配一塊內(nèi)存，每個(gè)buffer類(lèi)都有一個(gè)靜態(tài)方法allocate() 來(lái)做這件事。

下例為創(chuàng)建一個(gè)容量為48byte的ByteBuffer：
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

創(chuàng)建一個(gè)1024個(gè)字符的CharBuffer
CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(1024);

寫(xiě)入buffer的方法有2種：

1.從一個(gè)channel中寫(xiě)入buffer。

2.調(diào)用buffer的put()方法來(lái)自行寫(xiě)入數(shù)據(jù)。

例：

int bytesRead = inChannel.read(buf); //從channel讀入buffer

buf.put(127); //自行寫(xiě)入buffer

put方法有很多的重載形式。以供你用各種不同的方法寫(xiě)入buffer中，比如從一個(gè)特定的position，或者寫(xiě)入一個(gè)array，詳見(jiàn)JavaDoc。

flip方法將寫(xiě)模式切換成讀模式，調(diào)用flip()方法會(huì)將limit設(shè)置為position，將position設(shè)置回0。

換句話(huà)說(shuō)，position標(biāo)志著寫(xiě)模式中寫(xiě)到哪里，切換成讀模式之后，limit標(biāo)志著之前寫(xiě)到哪里，也就是現(xiàn)在能讀到哪里。

有2種方法可以從buffer中讀取數(shù)據(jù)。

1.從buffer中讀取數(shù)據(jù)到channel中。

2.使用buffer的get()方法自行從buffer中讀出數(shù)據(jù)。

例子：

//從buffer中讀取數(shù)據(jù)到channel中
int bytesWritten = inChannel.write(buf);

//使用buffer的get()方法自行從buffer中讀出數(shù)據(jù)
byte aByte = buf.get();    

get方法有很多的重載形式。以供你用各種不同的方法讀取buffer中的數(shù)據(jù)。例如從特定位置讀取數(shù)據(jù)，或者讀一個(gè)數(shù)組出來(lái)。詳見(jiàn)JavaDoc。

rewind()方法將position設(shè)置為0，但是不會(huì)動(dòng)buffer里的數(shù)據(jù)，這樣可以從頭開(kāi)始重新讀取數(shù)據(jù)，limit的值不會(huì)變，這意味著limit依舊標(biāo)志著能讀多少數(shù)據(jù)。

當(dāng)你讀完所有的數(shù)據(jù)想要重新寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)，你可以調(diào)用clear或者compact方法。

當(dāng)你調(diào)用clear()方法的時(shí)候，position被設(shè)置為0，limit被設(shè)置為capacity，換句話(huà)說(shuō)，buffer的數(shù)據(jù)雖然都還在，但是buffer被初始化了，處于可以被重寫(xiě)的狀態(tài)。

這也就意味著如果buffer中還有沒(méi)被讀取的數(shù)據(jù)，在執(zhí)行clear之后，你無(wú)法知道數(shù)據(jù)讀到哪兒了，剩下的數(shù)據(jù)還有多少。

如果還有沒(méi)有讀完的數(shù)據(jù)，但是你想先寫(xiě)數(shù)據(jù)，可以用compact()方法，這樣未讀數(shù)據(jù)會(huì)放在buffer前端，可以在未讀數(shù)據(jù)之后跟著寫(xiě)新的數(shù)據(jù)。compact()會(huì)復(fù)制未讀數(shù)據(jù)到buffer前端，然后設(shè)置position為未讀數(shù)據(jù)單位后面緊跟的位置。limit還是設(shè)置為capacity，這和clear是一樣的。現(xiàn)在buffer處于可以寫(xiě)的狀態(tài)，但是不會(huì)覆蓋之前未讀完的數(shù)據(jù)。

你可以通過(guò)調(diào)用buffer.mark()來(lái)mark一個(gè)buffer中給定的位置。然后你就可以用buffer.reset()方法來(lái)講position設(shè)置回之前mark的位置。

例子：

buffer.mark();

//調(diào)用buffer.get()方法若干次，e.g. 比如在做parsing的時(shí)候

buffer.reset();  //set position back to mark.   

使用這2種方法能夠比較2個(gè)buffer。

equals()

equals()方法用于判斷2個(gè)buffer是否相等，2個(gè)buffer是equal的，當(dāng)它們：

是同一種數(shù)據(jù)類(lèi)型的buffer。

buffer中未讀取的bytes，chars等數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)是一樣的，即（limit-position）相等，capacity不需要相等，剩余數(shù)據(jù)的索引也不需要相等。

未讀取的bytes，chars等內(nèi)容是一模一樣的，即各自[position，limit-1]索引的數(shù)據(jù)要完全相等。

如你所見(jiàn)，equals()方法只比較buffer的部分內(nèi)容，而不是buffer中所有的數(shù)據(jù)，事實(shí)上，它只比較buffer中剩余的元素是否一樣。

compareTo()

compareTo()方法比較兩個(gè)buffer的剩余元素（字節(jié)，字符等），用于例如： 排序。

在下列情況下，緩沖區(qū)被認(rèn)為比另一個(gè)緩沖區(qū)“小”：

比較是針對(duì)每個(gè)緩沖區(qū)你剩余數(shù)據(jù)（從 position 到 limit）進(jìn)行的，與它們?cè)?equals() 中的方式相同，直到不相等的元素被發(fā)現(xiàn)或者到達(dá)緩沖區(qū)的上界。如果一個(gè)緩沖區(qū)在不相等元素發(fā)現(xiàn)前已經(jīng)被耗盡，較短的緩沖區(qū)被認(rèn)為是小于較長(zhǎng)的緩沖區(qū)。

if (buffer1.compareTo(buffer2) < 0) { 
// do sth, it means buffer2 < buffer1，not buffer1 < buffer2
    doSth(); 
}