NIO非阻塞网络编程三大核心理念 NIO

NIO三大核心组件：

1. Buffer缓冲区 2. Channel通道 3. Selector选择器

Buffer缓冲区
缓冲区本质上是一个可以写入数据的内存块（类似于数组），然后可以再次读取。此内存块包含在NIO Buffer对象中，改对象提供了一组方法，可以更轻松的使用内存块。
相比较直接对数组的操作，BufferAPI更容易操作和管理
使用Buffer进行数据写入与读取，需要进行如下四个步骤：
1. 将数据写入缓冲器
2. 调用buffer.flip()，转换为读取模式
3. 缓冲区读取数据
4. 调用buffer.clear()或buffer.compact()清除缓冲去。
Buffer工作原理
Buffer三个重要属性
1. capacity容量：作为一个内存块，buffer具有一定的大小，也成为“容量”。
2. position位置：写入模式时代表写数据的位置。读取模式时代表读取数据的位置。
3. limit：写入模式，限制等于buffer容量。读取模式下，limit等于写入的数量。
  
  文章图片
public static void main(String[] args) {// 构建一个byte字节缓冲区，容量是4 //ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(4); ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(4); // 默认写入模式，查看三个重要的指标 System.out.println(String.format("初始化：capacity容量：%s, position位置：%s, limit限制：%s", byteBuffer.capacity(), byteBuffer.position(), byteBuffer.limit())); // 写入2字节的数据 byteBuffer.put((byte) 1); byteBuffer.put((byte) 2); byteBuffer.put((byte) 3); // 再看数据 System.out.println(String.format("写入3字节后，capacity容量：%s, position位置：%s, limit限制：%s", byteBuffer.capacity(), byteBuffer.position(), byteBuffer.limit())); // 转换为读取模式(不调用flip方法，也是可以读取数据的，但是position记录读取的位置不对) System.out.println("#######开始读取"); byteBuffer.flip(); byte a = byteBuffer.get(); System.out.println(a); byte b = byteBuffer.get(); System.out.println(b); System.out.println(String.format("读取2字节数据后，capacity容量：%s, position位置：%s, limit限制：%s", byteBuffer.capacity(), byteBuffer.position(), byteBuffer.limit())); // 继续写入3字节，此时读模式下，limit=3，position=2.继续写入只能覆盖写入一条数据 // clear()方法清除整个缓冲区。compact()方法仅清除已阅读的数据。转为写入模式 byteBuffer.compact(); // buffer : 1 , 3 byteBuffer.put((byte) 3); byteBuffer.put((byte) 4); byteBuffer.put((byte) 5); System.out.println(String.format("最终的情况，capacity容量：%s, position位置：%s, limit限制：%s", byteBuffer.capacity(), byteBuffer.position(), byteBuffer.limit())); // rewind() 重置position为0 // mark() 标记position的位置 // reset() 重置position为上次mark()标记的位置}
BateBuffer内存类型
ByteBuffer为性能关键型代码提供了直接内存（direct堆外）和非直接内存（heap堆）两种实现
堆外内存获取方式：ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(noBytes);
好处：
1. 进行网络IO或者文件IO时比heapBuffer少一次拷贝。（file/socket----OS memory----jvm heap）GC或移动对象内存，在写file或socket的过程中，JVM的实现中，会先把数据复制到堆外，在进行写入。
2. GC范围之外，降低GC压力，但实现了自动管理。DirectByteBuffer中有一个Cleaner对象（PhantomReference），Cleaner被GC前会执行clean方法，触发DirectByteBuffer中定义的Deallocator
建议：
1. 性能确实客观的时候才去使用；分配给大型、长寿命；（网络传输、文件读写场景）
2. 通过虚拟机参数MaxDirectMemorySize限制大小，防止耗尽整个机器的内存
Channel 通道（通道可以创建网络连接，也可以用来读取数据）
Channel的API涵盖了UDP/TCP网络和文件
1. FileChannel
2. DatagramChannel
3. SocketChannel
4. ServerSocketChannel

和标准IO stream操作的区别：
在一个通道内进行读取和写入，stream通常是单向的（input或output）可以肥阻塞读取和写入通道，通道始终读取或写入缓冲区。

SocketChannel
SocketChannel用于简历TCP网络连接，类似于java.net.Socket。有两种创建SocketChannel形式：
1. 客户端主动发起和服务器的链接
2. 服务端获取的新连接
// 客户端主动发起连接的方式 SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(); socketChannel.configureBlocking(false); // 设置为非阻塞模式 socketChannel.connect(new InetSocketAddress("www.baidu.com", 80)); socketChannel.write(byteBuffer); // 发送请求数据-->向通道中写数据 int bytesRead = socketChannel.read(byteBuffer); // 读取服务端返回-->读取缓冲区的数据 socketChannel.close();

write写：write()在尚未写入任何内容时就可能返回了。需要在循环中调用write()。
read读：read()方法可能直接返回而根本读取不到任何数据，根据返回的int值判断读取了多少字节。
ServerSocketChannel
ServerSocketChannel 可以监听新建的TCP连接通道，类似于SocketChannel。

// 创建网络服务器 ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open(); serverSocketChannel.configureBlocking(false); // 设置为非阻塞模式 serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8080)); // 绑定端口 while (true){ SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept(); // 获取新tcp连接通道 if (socketChannel != null){ // tcp请求读取/相应 } }

serverSocketChannel.accept()：如果该通道处于非阻塞模式，那么如果没有挂起的连接，该方法将立即返回null。必须检查返回的SocketChannel是否为null；
Selector 选择器
Selector是一个Java NIO组件，可以检查一个或多个NIO通道，并确定哪些通道已经准备好进行读取或写入。实现单个线程可以管理对个网络连接。
一个线程使用Selector监听多个channel的不同事件：
四个事件分别对应SelectionKey四个常量。
1. Connect 连接（SelectionKey.OP_CONNECT）
2. Accept准备就绪（OP_ACCEPT）
3. Read读取（OP_READ）
4. Write（OP_WRITE）