深入理解Java-NIO
JDK1.4的java.nio.*包中引入了新的Java-IO類庫，目的是提高速度，實際上，舊的IO包也已經使用nio重新實現過，以便充分利用這種速度提高。速度的提高在檔案IO和網路IO。速度的提高來自於所使用的結構更接近於作業系統執行IO的方式：通道和緩衝器。舊IO中有三個類被修改了，分別是FileInputStream、FileOutputStream和RandomAccessFile，用於產生FileChannel。而Reader和Writer這種字元模式類不能用於產生通道，但是java.nio.channels.Channels類提供了實用方法，用以在通道中產生Reader和Writer。
NIO基於Channel（通道）和Buffer（緩衝區）進行操作，資料總是從通道讀取到緩衝區中，或者緩衝區寫入到通道中。Selector（選擇區）用於監聽多個通道的事件（比如連線開啟、資料到達 ），因此單個執行緒可以監聽多個數據通道。
NIO和IO最大的區別就是IO是面向流的，NIO面向緩衝區的。IO的各種流是阻塞的，這意味著，當一個執行緒呼叫read和writer方法時，該執行緒將被阻塞，直到有一些資料被讀取，或者資料完全被寫入，該執行緒在此期間不能再幹任何事。NIO是非阻塞模式，使一個執行緒從某通道傳送請求讀取資料，但是它僅能得到目前可用資料，如果目前沒有資料可用，就什麼都不會獲取，而不是保持執行緒阻塞，所以在變得資料可以獲取之前，執行緒可以先繼續做其他事情，非阻塞寫也是如此，一個執行緒請求寫入一些資料到某通道，但不需要等待它完全寫完，這個執行緒同時也可以去做其他事情，執行緒通常將非阻塞IO的空閒時間用於其他通道上執行IO操作，所以一個單獨的執行緒現在可以管理多個輸入和輸出通道（channel）。IO是單執行緒的，而NIO是用選擇器來模擬多執行緒的。
Channel的實現：
1.FileChannel：從檔案中讀寫資料。
2.DatagramChannel：能通過UDP讀寫網路中的資料。
3.SocketChannel：能通過TCP讀寫網路中的資料。
4.ServerSocketChannel：可以監聽新近來的TCP協議，像Web伺服器一樣。對每個新進來的連線都會建立一個SocketChannel。
示例：
public static void main(String[] args) throws IOException { File file = new File("data.txt"); FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream(file); FileChannel channel = outputStream.getChannel(); ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024); String string = "java nio"; buffer.put(string.getBytes()); buffer.flip(); //此處必須要呼叫buffer的flip方法 channel.write(buffer); channel.close(); outputStream.close(); } e.WriteLine("具體裝飾物件A的操作"); } }
Buffer：
buffer的實現包括ByteBuffer、CharBuffer、DoubleBuffer、FloatBuffer、IntBuffer、LongBuffer、ShortBuffer、MapperByteBuffer。
Buffer類有幾個重要的屬性：
1.capacity：作為一個記憶體快，其就代表了當前Buffer能最多暫存多少資料量，儲存的資料型別則是根據上面的Buffer物件型別，一旦Buffer滿了，需要將其清空（通過讀資料或者清除資料）才能繼續寫資料。
2.position：代表當前資料讀或者寫出於哪個位置，讀模式：被重置從0開始，最大值可能為capacity-1或者limit-1，寫模式：被重置從0開始，最大值limit-1
3.limit：讀模式下：最多能往Buffer裡讀多少資料，寫模式下：最多能往Buffer裡寫多少資料，limit大小跟數量大小和capacity有關
示例：
public class ff {
public static void nio() {
RandomAccessFile aFile = null;
try {
aFile = new RandomAccessFile("src/nio.txt", "rw");
// channel獲取資料
FileChannel fileChannel = aFile.getChannel();
// 初始化Buffer，設定Buffer每次可以儲存資料量
// 建立的Buffer是1024byte的，如果實際資料本身就小於1024，那麼limit就是實際資料大小
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
// channel中的資料寫入Buffer
int bytesRead = fileChannel.read(buf);
System.out.println(bytesRead);
while (bytesRead != -1) {
// Buffer切換為讀取模式
buf.flip();
// 讀取資料
while (buf.hasRemaining()) {
System.out.print((char) buf.get());
}
// 清空Buffer區
buf.compact();
// 繼續將資料寫入快取區
bytesRead = fileChannel.read(buf);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
try {
if (aFile != null) {
aFile.close();
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
public static void main(String[] args) {
ff.nio();
}
}Buffer讀寫資料步驟：
1.寫入資料到Buffer（fileChannel.read(buf)）
2.呼叫flip()方法
3.從Buffer中讀取資料
4.呼叫clear()方法或者compact方法
Buffer的方法：
flip(）：將Buffer寫模式切換到讀模式，比且將position置為0.
clear()：清除整個緩衝區
compact()：只會清除已經讀過的資料，任何未讀的資料都被轉移到緩衝區起始處，新寫入的資料將放到緩衝區未讀資料的後面。
allocate（1024）：初始化Buffer，設定的值就是capacity的大小。
rewind()：position設回0，所以你可以重讀Buffer中的所有資料。limit保持不變，仍然表示能從Buffer中讀取多少個元素。
mark()和reset():通過呼叫Buffer.mark（）方法，可以標記Buffer中的一個特定的position。之後可以通過呼叫Buffer,reset（）方法恢復到這個position
equals()：兩個相等的Buffer，滿足相同型別，剩餘的元素數量相等，所剩餘的元素也都相同。
Selector：
允許單執行緒處理多個Channel。如果你的應用打開了多個連線（通道），但是每個連線的流量很低，使用Selector就會很方便。
Selector的建立：
通過呼叫Selector.open方法建立一個Selector，如下：
Selector selector = Selector.open();向Selector註冊通道：
為了將Channel和Selector配合使用，必須將channel註冊到selector上。通過SelectableChannel.register()方法來實現。如下：
channel.configureBlocking(false);
SelectionKey key = channel.register(selector,Selectionkey.OP_READ);與Selector一起使用，Channel必須出於非阻塞模式下。這意味著不能將FileChannel與Selector一起使用，因為FileChannel不能切換到非阻塞模式。而套接字通道都可以。注意register()方法的第二個引數。這是一個“interest集合”，意思是在通過Selector監聽Channel時對什麼事件感興趣。可以監聽四種不同型別的事件：1.Connect，2.Accept。3.Read。4.Write。通道出發了一個事件意思是該事件已經準備就緒。所以某個channel成功連線到另一個伺服器稱為“連線就緒”。一個server socket channel準備好接收新進入的連線稱為“接收就緒”。一個有資料可讀的通道就可以說是“讀就緒”。等待寫資料的通道可以說“寫就緒”。上面四種事件對應的SelectionKey的四個常量來表示：1.SelectionKey.OP_CONNECT。2.SelectionKey.OP_ACCEPT。3.SelectionKey.OP_READ。4.SelectionKey.OP_WRITE。還可以用“位或”操作符把多個事件連起來。如下：
int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;Selector註冊了Channel時，register()方法會返回一個SelectionKey物件。這個物件包含了一些你感興趣的屬性：interest集合、ready集合、Channel、Selector、附加的物件（可選）
interest集合：是你所選擇的感興趣的事件集合。可以通過SelectionKey讀寫interest集合，就像這樣：
int interestSet = selectionKey.interestOps();
boolean isInterestedInAccept = (interestSet & SelectionKey.OP_ACCEPT) == SelectionKey.OP_ACCEPT;
boolean isInterestedInConnect = interestSet & SelectionKey.OP_CONNECT;
boolean isInterestedInRead = interestSet & SelectionKey.OP_READ;
boolean isInterestedInWrite = interestSet & SelectionKey.OP_WRITE;可以看到，用“位與”操作interest集合和給定的SelecctionKey常量，可以確定某個確定的事件是否在interest集合中。
ready集合：是通道已經準備就緒的操作的集合。在一次選擇後，你會首先訪問這個ready set。Selection將在下一小節進行解釋。可以這樣訪問ready集合：
int readySet = selectionKey.readyOps();可以用像檢測interest集合那樣的方法，來檢測channel中什麼時間或操作已經就緒：
selectionKey.isAcceptable();
selectionKey.isConnectable();
selectionKey.isReadable();
selectionKey.isWritable();訪問channel和selector：
Channel channel = selectionKey.channel();
Selector selector = selectionKey.selector();附加物件：
可以將一個物件或者更多的資訊附著在SelectionKey上，這樣就能方便的識別某個給定的通道。例如，可以附加與通道一起使用的Buffer，或者包含聚集資料的某個物件，使用方法如下：
selectionKey.attach(theObject);
Object attachedObj = selectionKey.attachment();
//還可以在用register()方法向Selector註冊Channel的時候附加物件
SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, theObject);通過Selector選擇通道：
一旦向Selector註冊了一或多個通道，就可以呼叫幾個過載的select()方法。這些方法返回你所感興趣的事件已經準備就緒的那些通道。換句話說，如果你對“讀就緒”的通道感興趣，select()方法會返回讀事件已經就緒的那些通道。
下面是select方法：
select（）阻塞到至少有一個通道在你註冊的事件上就緒。
select（long timeout）和select（）一樣，除了最長會阻塞timeout毫秒
selectNow（）不會阻塞，不管什麼通道就緒都立刻返回。
select返回的int值表示有多少通道就緒，即自從上次呼叫select方法後有多少通道程式設計就緒狀態。
一旦呼叫了select方法，並且返回值表明由一個或更多個通道就緒了，然後可以通過呼叫selector的selectedKey方法，訪問“已經選擇鍵集”中的就緒通道：
Set selectedKeys = selector.selectedKeys();
Iterator keyIterator = selectedKeys.iterator();
while(keyIterator.hasNext()) {
SelectionKey key = keyIterator.next();
if(key.isAcceptable()) {
// a connection was accepted by a ServerSocketChannel.
} else if (key.isConnectable()) {
// a connection was established with a remote server.
} else if (key.isReadable()) {
// a channel is ready for reading
} else if (key.isWritable()) {
// a channel is ready for writing
}
//每次迭代末尾的keyIterator.remove()呼叫。
//Selector不會自己從已選擇鍵集中移除SelectionKey例項。必須在處理完通道時自己移除。
//下次該通道變成就緒時，Selector會再次將其放入已選擇鍵集中。
keyIterator.remove();
}wakeUp()：某個執行緒呼叫select方法後阻塞，即使沒有通道就緒，也有辦法讓其select方法返回。只要放其他執行緒在第一個執行緒呼叫select方法的那個物件上呼叫Selector.wakeUp()方法即可，阻塞在select方法上的執行緒會立馬返回。如果其他執行緒呼叫了wakeUp方法，但當前沒有執行緒阻塞在select方法上，下個調研select方法的執行緒會立即“醒來”。
close()：用完Selector後呼叫其close關閉Selector，且使註冊到該Selector上的所有SelectionKey例項無效。通道本身不會關閉。
以下是一個完整的示例：
Selector selector = Selector.open();
channel.configureBlocking(false);
SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
while(true) {
int readyChannels = selector.select();
if(readyChannels == 0) continue;
Set selectedKeys = selector.selectedKeys();
Iterator keyIterator = selectedKeys.iterator();
while(keyIterator.hasNext()) {
SelectionKey key = keyIterator.next();
if(key.isAcceptable()) {
// a connection was accepted by a ServerSocketChannel.
} else if (key.isConnectable()) {
// a connection was established with a remote server.
} else if (key.isReadable()) {
// a channel is ready for reading
} else if (key.isWritable()) {
// a channel is ready for writing
}
keyIterator.remove();
}
}