java的NIO概述

概述

java中io输入输出流是阻塞的，如BufferedReader的readLine()，InputStrean的read()方法。当程序没有读到有效数据，程序将在此处阻塞。比较典型的是，在用socket传递数据，如果发送数据的一方，没有关闭流，接收数据的一方，接收数据后将一直阻塞。面向流的输入输出，最底层一次只能处理一个字节，因此效率不高。

jdk1.4提供了新的IO即NIO。

NIO中有三个重要的特性。

Channel，通道。模拟传统的输入输出流，既可以做输入又可以做输出。

Buffer,缓冲。本质是一个数组，发送到Channel的所有对象都必须先放到Buffer中。读取数据也先读到Buffer。

Selector。selector允许单线程处理多个Channel，可监控多个服务

Buffer简介

buffer中有三个重要概念：容量(capactiy)、界限(limit)和位置(position，带读取数据的下标)。

这些值满足如下关系：0<=mark<=position<=limit<=capacity

Buffer中包含两个重要的方法flip和clear，flip为从Buffer中取出数据做准备，clear则向Buffer中装入数据做准备。

当Buffer中装入数据结束后，调用flip方法，该方法将limit设置为position所在的位置，将position设为0，这样Buffer中读数据总是从0开始，做好输出准备。当Buffer输出数据结束，Buffer调用clear方法，clear方法不是清空Buffer的数据，它仅仅将poition置为0，将limit置为capacity，这样为再次向Buffer装入数据做准备，此时原先的数据没有清除，新写的数据会替换原先的数据。

Channel简介

所有的Channel都不应该通过构造器来直接创建，而是通过InputStream、OutputStream的getChannel方法来返回对应的Channel。

Channel中最常用的三类方法是map、read和write，其中map方法用于将Channel对应的部分或全部数据映射为ByteBuffer；而read或write方法用于向Buffer读取写入数据。

static void channelTest() throws Exception{
FileInputStream is = new FileInputStream(new File("G:/百无聊赖.txt"));
FileOutputStream out = new FileOutputStream(new File("G:/ttt.txt"));
FileChannel readChannel = is.getChannel();
FileChannel writechannel = out.getChannel();
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
while(readChannel.read(buffer)!=-1){
buffer.flip();//准备取出数据
writechannel.write(buffer);
buffer.clear();//准备装入数据
}
writechannel.close();
readChannel.close();
out.close();
is.close();
}

因为jdk对之前的IO采用nio的机制重新实现了，所以直接使用nio对数据进行读写并不常用。使用channel的map方法，进行内存映射，可以快速的读写数据，但是这种方式不安全，仅使用与读数据。NIO最常用的功能应该是它的Selector。

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。

如下两篇博文对NIO包括selector的介绍都不错

http://www.iteye.com/magazines/132-Java-NIO#579

http://www.xuebuyuan.com/1600515.html

下面构建一个小例子对比下NIO和IO服务器

服务端代码：

package com.base.nio;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.nio.charset.Charset;

public class Server {

public static void main(String[] args) throws Exception{
//		nioServer();
socketServer();
}
public static void nioServer() throws Exception{
int port=9999;
Selector selector=Selector.open();
ServerSocketChannel ssc=ServerSocketChannel.open();
ServerSocket serverSocket=ssc.socket();
serverSocket.bind(new InetSocketAddress(port));
System.out.println("Server listen on port: "+port);
ssc.configureBlocking(false);
ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
while(true){
int nKeys=selector.select();
if(nKeys>0){
for (SelectionKey key : selector.selectedKeys()) {
if(key.isAcceptable()){
ServerSocketChannel server=(ServerSocketChannel) key.channel();
SocketChannel sc=server.accept();
if(sc==null){
continue;
}
sc.configureBlocking(false);
sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
}
else if(key.isReadable()){
ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(1024);
SocketChannel sc=(SocketChannel) key.channel();
int readBytes=0;
readBytes = sc.read(buffer);//如果客户端传来的数据长度超过1024，会丢失报文。
buffer.flip();
if(readBytes>0){
String message =Charset.forName("UTF-8").decode(buffer).toString();
System.out.println("Message from client: "+ message);
if("quit".equalsIgnoreCase(message.trim())){
sc.close();
selector.close();
System.out.println("Server has been shutdown!");
System.exit(0);
}
String outMessage="Server response："+message;
sc.write(Charset.forName("UTF-8").encode(outMessage));
}
}
}
selector.selectedKeys().clear();
}
}
}

public static void socketServer() throws IOException, InterruptedException, Exception {
ServerSocket ss = new ServerSocket(9999);
while(true){
Socket socket = ss.accept();
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
String getMsg = br.readLine();
if("quit".equalsIgnoreCase(getMsg.trim())){
ss.close();
System.out.println("Server has been shutdown!");
System.exit(0);
}
System.out.println(getMsg);
BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream()));
bw.write("Hello Client");
bw.newLine();
bw.flush();
Thread.sleep(10000);
Client.close(socket, null, bw, br);
}
}

}

客户端代码：

package com.base.nio;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStream;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.net.Socket;

public class Client implements Runnable{

public static void main(String[] args) throws Exception{
for(int i=0;i<10;i++){
Client c = new Client();
Thread thread = new Thread(c);
thread.start();
}
}
@Override
public void run() {
Socket socket = null;
OutputStream out = null;
BufferedWriter bw = null;
BufferedReader br = null;
try {
socket = new Socket("127.0.0.1", 9999);
out = socket.getOutputStream();
bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(out));
bw.write("Hello Server");
bw.newLine();
bw.flush();
Thread.sleep(10000);
br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
String retMsg = br.readLine();
System.out.println(retMsg+Thread.currentThread().getName());
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally{
try {
Client.close(socket, out, bw,br);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

public static void close(Socket socket, OutputStream out, BufferedWriter bw,BufferedReader br) throws Exception{
if(br!=null)
br.close();
if(bw!=null)
bw.close();
if(out!=null)
out.close();
if(socket!=null)
socket.close();
}
}

通过运行分析，发现nio是非阻塞的，不用等每一个客户端的连接请求完成，就可以进行下一个连接。而传统的socket会等待客户端的每个请求完成，才去连接下个客户端请求。

nio是通过while(true)进行轮询，来不断监听客户端的请求状态。而socket是通过阻塞的方式来等待客户端的请求状态。

感觉NIO最大的优势就在于它的非阻塞，减少了等待客户的响应。如果使用socket要想达到同样的效果，必须使用线程池，使用线程池就相对耗资源些。

至于监听多个chanel，也就是同时监听多个端口。比如以上例子，9999用于监听客户端会话。如果服务端还要一个8888端口，来控制其他服务，比如关闭服务等等。传统的socket也必须用多线程来实现。

但是感觉NIO采用这种轮的方式，不是很优雅。可能我了解的不多吧。