Netty开篇——NIO章上（三）

Java NIO基本介绍

java non-blocking I/O 称为NIO(也叫New IO)。JDK4开始提供,同步非阻塞
相关内容在 java.nio 包及子包下，对java.io 包中的很多类进行改写。
三大核心: Channel(通道)，Buffer(缓冲区),Selector(选择器)
NIO是面向缓冲区或者面向块 编程的。数据读取到一个它后处理的缓冲区，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，使用它可以提供非阻塞式的高伸缩性网络
NIO的非阻塞模式，使一个线程从某通道发送请求或者读取数据，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，所以直至数据可以读取之前，该线程可以继续做其他的事情。
通俗理解: NIO 是可以做到用一个线程来处理多个操作。假设有 10000 个请求过来,根据实际情况，可以分配50 或者 100 个线程来处理。不像之前的阻塞IO 那样，非得分配 10000 个。
HTTP2.0 使用了多路复用的技术，做到同一个连接并发处理多个请求，而且并发请求的数量比 HTTP1.1 大了好几个数量级
基本案例：

NIO 和 BIO 的比较

BIO以流的方式处理数据,而NIO以块的方式处理数据,I/O块的效率比I/O流高很多
BIO 是阻塞的，NIO则是非阻塞的
BIO 基于字节流和字符流进行操作，而NIO基于Channel（通道）和Buffer（缓冲区）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。Selector 选择器用于监听多个通道的事件(比如:连接请求,数据到达等)，因此使用单个线程就可以监听多个客户端通道

Selector、Channel 和 Buffer 的关系图

每个channel都会对应一个Buffer
一个Selector对应一个线程
多个channel会注册到其selector
Selector会根据不同的Event，在各个Channel上切换
channel 是双向的，可以返回底层操作系统的情况，比如Linux，底层的操作系统通道就是双向的.
Buffer是一个内存块，底层是一个数组
数据的读取写入是通过 Buffer，这个和BIO有所区别，BIO 中要么是输入流，或者是输出流，不能双向，但是NIO的Buffer是可以读也可以写，需要flip()切换

缓冲区（Buffer）

Buffer本质上是一个可以读写数据的内存块，可以理解成是一个容器对象(含数组)，该对象提供了一组方法，可以更轻松地使用内存块，Buffer对象内置了一些机制，能够跟踪和记录缓冲区的状态变化情况。Channel 读写的数据都必须经由Buffer
Buffer是父类、抽象类，类的层级关系图
常用Buffer子类
- ByteBuffer 存储字节数据到缓冲区
- shortBuffer 存储字符串数据到缓冲区
- CharBuffer 存储字符数据到缓冲区
- IntBuffer 存储整数数据到缓冲区
- LongBuffer 存储长整型教据到缓冲区
- DoubleBuffer 存储小数到缓冲区
- FloatBuffer 存储小数到缓冲区
这些Buffer都把数据存于自己类型的数组
Buffer类的四个属性:
- Capacity：容量，即可以容纳的最大数据量；在缓冲区创建时被设定并且不能改变
- Limit：表示缓冲区的当前终点，不能对缓冲区超过极限的位置进行读写操作。且极限是可以修改的
- Position：位置，下一个要被读写的元素的索引，每次读写缓冲区数据时都会改变改值，为下次读写做准备
- Mark：标记

Buffer类相关方法

java 复制代码

public abstract class Buffer{
//JDK1.4时，引入的api
public final int capacity（）//返回此缓冲区的容量
public final int position（）//返回此缓冲区的位置
public final Buffer position（int newPositio）//设置此缓冲区的位置
public final int limit（）//返回此缓冲区的限制
public final Buffer limit（int newLimit）//设置此缓冲区的限制
public final Buffer mark（）//在此缓冲区的位置设置标记
public final Buffer reset（）//将此缓冲区的位置重置为以前标记的位置
public final Buffer clear（）//清除此缓冲区，即将各个标记恢复到初始状态，但是数据并没有真正擦除，
public final Buffer flip（）//反转此缓冲区
public final Buffer rewind（）//重绕此缓冲区
public final int remaining（）//返回当前位置与限制之间的元素数
public final boolean hasRemaining（）//告知在当前位置和限制之间是否有元素
public abstract boolean isReadOnly（）：//告知此缓冲区是否为只读缓冲区
//JDK1.6时引入的api
public abstract boolean hasArray（）；//告知此缓冲区是否具有可访问的底层实现数组
public abstract Object array（）；//返回此缓冲区的底层实现数组
public abstract int arrayOffset（）；/返回此缓冲区的底层实现数组中第一个缓冲区元素的偏移量
public abstract boolean is Direct（）；//告知此缓冲区是否为直接缓冲区
}

ByteBuffer

除了boolean，其他基本类型都有一个Buffer类型与之相对应，最常用的自然是 ByteBuffer 类(二进制数据)，该类的主要方法如下:

java 复制代码

public abstract class ByteBuffer(
//缓冲区创建相关api
public static ByteBuffer allocateDirect（int capacity）//创建直接缓冲区
public static ByteBuffer allocate（int capacity）//设置缓冲区的初始容量
public static ByteBuffer wrap（byte[] array）//把一个数组放到缓冲区中使用
//构造初始化位置offset和上界length的缓冲区
public static ByteBuffer wrap(byte[] array,int offset, int length)
//缓存区存取相关API
public abstract byte get（）//从当前位置position上get，get之后，position会自动+1 
public abstract byte get（int index）；//从绝对位置get
public abstract ByteBuffer put（byte b）；//从当前位置上添加，put之后，position会自动+1 
public abstract ByteBuffer put（int index，byte b）；//从绝对位置上put

关于Buffer的注意事项和细节

ByteBuffer支持类型化的put和get,数据类型必须保持一致，否则可能有 BufferUnderflowException 异常。
Buffer支持转换为只读buffer,调用asReadOnlyBuffer()
NIO还提供了MappedByteBuffer，可以让文件直接在内存(堆外内存) 中进行修改，而如何同步到文件由NIO来完成.
NIO还支持通过多个Buffer（buffer数组）完成读写操作即 Scattering（分散）和 Gathering（合并）