IO流（二）Java的NIO

逃离我推掉我的手 2023-09-30 12:22 13阅读 0赞

## 1 NIO介绍 ##

Java NIO 全称java non-blocking IO ，是指 JDK 提供的新 API。从 JDK1.4 开始，Java 提供了一系列改进的输入/输出的新特性，被统称为 NIO(即 New IO)，是同步非阻塞的。

*  NIO有三大核心部分：**Channel（通道）**，**Buffer（缓冲区）**，**Selector（选择器）**
 *  NIO是面向缓冲区编程的。数据读取到一个缓冲区中，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。
 *  Java 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。通俗理解：NIO 是可以做到用一个线程来处理多个操作的。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。

## 1.1 NIO和 BIO的比较 ##

1.  BIO 以流的方式处理数据,而 NIO 以缓冲区的方式处理数据,缓冲区 I/O 的效率比流 I/O 高很多
2.  BIO 是阻塞的，NIO则是非阻塞的
3.  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， 数据到等），因此使用单个线程就可以监听多个客户端通道。

## 1.2 NIO三大核心原理示例图 ##

![9e3d3ef2c40893975c93accedcab7ad6.png][]

一张图描述 NIO 的 Selector 、 Channel 和 Buffer 的关系

1.  每个 channel 都会对应一个 Buffer
2.  Selector 对应一个线程， 一个线程对应多个 channel(连接)
3.  每个 channel 都注册到 Selector选择器上
4.  Selector不断轮询查看Channel上的事件, 事件是通道Channel非常重要的概念
5.  Selector 会根据不同的事件，完成不同的处理操作
6.  Buffer 就是一个内存块 ， 底层是有一个数组
7.  数据的读取写入是通过 Buffer, 这个和 BIO , 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 , channel 是双向的。

## 2. NIO Buffer类详解 ##

Buffer类是一个抽象类，对应于Java的主要数据类型，在NIO中有8种缓冲区类，分别如下：ByteBuffer、CharBuffer、DoubleBuffer、FloatBuffer、IntBuffer、LongBuffer、ShortBuffer、MappedByteBuffer。 前7种Buffer类型，覆盖了能在IO中传输的所有的Java基本数据类型。第8种类型MappedByteBuffer是专门用于内存映射的一种ByteBuffer类型。不同的Buffer子类，其能操作的数据类型能够通过名称进行判断，比如IntBuffer只能操作Integer类型的对象。

## 2.1 Buffer类的重要属性 ##

Buffer的子类会拥有一块内存，作为数据的读写缓冲区，但是读写缓冲区并没有定义在Buffer基类，而是定义在具体的子类中。如ByteBuf子类就拥有一个byte\[\]类型的数组成员final byte\[\] hb，作为自己的读写缓冲区，数组的元素类型与Buffer子类的操作类型相互对应。  
为了记录读写的状态和位置，Buffer类额外提供了一些重要的属性，其中有以下三个重要的成员属性：

*  **capacity**（容量）
 *  **position**（读写位置）
 *  **limit**（读写的限制）

## 2.1.1 capacity属性 ##

Buffer类的capacity属性，表示内部容量的大小。一旦写入的对象数量超过了capacity容量，缓冲区就满了，不能再写入了。  
Buffer类的capacity属性一旦初始化，就不能再改变。原因是什么呢？Buffer类的对象在初始化时，会按照capacity分配内部数组的内存，在数组内存分配好之后，它的大小当然就不能改变了。  
Buffer类是一个抽象类，Java不能直接用来新建对象。在具体使用的时候，必须使用Buffer的某个子类，例如DoubleBuffer子类，该子类能写入的数据类型是double类型，如果在创建实例时其capacity是100，那么我们最多可以写入100个double类型的数据。  
**capacity 容量并不是指内部的内存块 byte\[\]数组的字节数量，而是指能写入的数据对象的最大限制数量**。

## 2.1.2 position属性 ##

Buffer类的position属性，表示当前的位置。position属性的值与缓冲区的读写模式有关。在不同的模式下，position属性值的含义是不同的，在缓冲区进行读写的模式改变时，position值会进行相应的调整。

在**写入模式**下，position的值变化规则如下：  
（1）在刚进入到写入模式时，position值为0，表示当前的写入位置为从头开始。  
（2）每当一个数据写到缓冲区之后，position会向后移动到下一个可写的位置。  
（3）初始的position值为0，最大可写值为limit–1。当position值达到limit时，缓冲区就已经无空间可写了。

在**读模式**下，position的值变化规则如下：

（1）当缓冲区刚开始进入到读取模式时，position会被重置为0。  
（2）当从缓冲区读取时，也是从position位置开始读。读取数据后，position向前移动到下一个可读的位置。  
（3）在读模式下，limit表示可以读上限。position的最大值，为最大可读上限limit，当position达到limit时，表明缓冲区已经无数据可读。

**Buffer的读写模式具体如何切换呢？**

当新建了一个缓冲区实例时，缓冲区处于写入模式，这时是可以写数据的。在数据写入完成后，如果要从缓冲区读取数据，这就要进行模式的切换，可以使用（即调用）flip翻转方法，将缓冲区变成读取模式。  
在从写入模式到读取模式的flip翻转过程中，position和limit属性值会进行调整，具体的规则是：  
（1）limit属性被设置成写入模式时的position值，表示可以读取的最大数据位置；

[9e3d3ef2c40893975c93accedcab7ad6.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/9e3d3ef2c40893975c93accedcab7ad6.png