Java NIO之Java中的IO分類
前言
前面兩篇文章（Java NIO之理解I/O模型（一）、Java NIO之理解I/O模型（二））介紹了，IO的機制，以及幾種IO模型的內容，還有涉及到的設計模式。這次要寫一些更貼近實際一些的內容了，終於要說到了Java中的各種IO了。我也是邊學邊理解，有寫的不對的地方，歡迎小夥伴們指出和補充。
Java中的IO分類
BIO
BIO是指 Blocking IO 在JDK1.0的時候就引入了，直到JDK1.4一直都是Java中唯一的IO方式。它的主要實現方式就是，一個執行緒執行一個請求，如果請求資料量較大執行緒就會一直佔用著，又或者請求什麼也不做，也是會佔用一個執行緒的，這樣當客戶端請求數量變多時，服務端執行緒數也跟著變多，最終就會導致服務端CPU崩潰的。當然可以使用執行緒池來減小CPU的壓力，但是畢竟執行緒池也不是從本質上解決問題（長連結，執行緒池大小，以及拒絕策略等等因素都要考慮）。
無論是網路連線還是本地讀取輸出操作都是這種方式。具體的例子我就不舉了（畢竟BIO不是本次的重點）。
NIO
Java中的NIO其實就是使用的多路I/O複用模型，前面的文章已經介紹過原理了，但是在理解Java的NIO之前，還是先介紹幾個Java NIO的基礎概念：Channel（通道），Buffer（緩衝區），Selector（選擇器）。
Channel（通道）
Channel可以理解為，互通的管道，和Java的IO中的各種Stream(InputStream、OutputStream等等)一個等級，只不過Channel是雙向的，而Stream是單向的。通道的作用是將資料移入或移出道各種I/O源，即可讀又可寫。
在Java中Channel類的層次結構相當複雜，有多個介面和許多可選操作。不過，常用的也就幾個。
FileChannel
DatagramChannel
SocketChannel
ServerSocketChannel
FileChannel可以對檔案進行讀和寫，DatagramChannel可以以UDP的協議來進行資料讀寫，SocketChannel以TCP的協議來對網路兩端進行讀寫，ServerSocketChanel能夠監聽客戶端發起的TCP連線，併為每個TCP連線建立一個新的SocketChannel來進行資料讀寫。
Buffer（緩衝區）
Buffer是一個高效的資料容器，在NIO中所有的資料操作都必須經過緩衝區，這點是和BIO不同的，BIO是直接將資料寫到Stream物件中的。因為Stream物件的設計是按順序一個位元組一個位元組的傳送資料。雖然出於效能考慮，也可以傳遞位元組陣列，但是基本概念都是一個位元組一個位元組的傳遞資料。通道與之不同之處在於，通道會傳送緩衝區的資料塊，而且通道的基本概念就是按照一個數據塊一個數據塊的去讀和寫。所以也可以將緩衝區理解為一個位元組陣列，專門用來儲存以及準備好出入通道的位元組。
如下圖：
如上圖所示，無論是客戶端傳送和接收資料，還是服務端接收和相應資料，都是從緩衝區中進行資料操作的。
在Java中除了boolean外，所有的基本資料型別都有特定的Buffer子類：
ByteBuffer、CharBuffer、DoubleBuffer、FloatBuffer、IntBuffer、LongBuffer、ShortBuffer。網路程式幾乎只會使用ByteBuffer，但程式偶爾也會使用其他型別來取代ByteBuffer。
除了資料列表外，每個緩衝區都記錄了資訊的4個關鍵部分。無論是何種型別，都有相同的方法來獲取和設定這些值：
-
位置（position）
緩衝區中將讀取或寫入的下一個位置。這個位置從0開始計，最大值等於緩衝區的大小。可以用下面兩個方法獲取和設定。
public final int position(); public final Buffer position(int newPosition);
-
容量（capacity）
緩衝區可以儲存的最大數目。容量值在建立緩衝區時設定，此後不能改變。
可以用以下方法讀取：
public final int capacity();
-
限度（limit）
緩衝區中可訪問資料的末尾位置。只要不改變限度，就無法讀/寫超過這個位置的資料，即使緩衝區有更大的容量也沒有用。限度可以用下面兩個放獲取和設定。
public final int limit(); public final Buffer limit(int newLimit);
-
標記（mark）
緩衝區中客戶端指定的索引。通過呼叫mark()可以將標記設定為當前位置。呼叫reset()可以將當前位置設定為所標識的位置。
public final Buffer mark() ; public final Buffer reset();
如果將位置設定為低於現有標記，則丟棄這個標記。
與讀取InputStream不同，讀取緩衝區實際上不會以任何方式改變緩衝區中的資料。只可能向前或向後設定位置，從而可以從緩衝區中某個特定位置開始讀取。類似的程式可以調整限度，從而控制將要讀取的資料的末尾。只有容量是固定的。
Selector（選擇器）
Selector是Java NIO中最重要的一部分，Selector的作用就是用單執行緒來輪詢處理註冊的Channel，一旦哪個Channel的資料準備就緒了，就可以進行處理了。
如下圖：
使用Selector，要先向Selector中註冊Channel， 然後呼叫它的select()方法，這個方法會一直阻塞到某個註冊的Channel中的事件準備就緒。一旦select()方法返回，執行緒就可以處理這些事件了，比如新的連線進入，資料接收等。
Selector類並沒有註冊新通道的方法，register()方法是在SelectableChannel類中宣告。SelectableChannel類是實現自Channel介面的，它支援將Channel註冊到Selector中。
SelectableChannel提供了兩個註冊Channel的方法：
public abstract SelectionKey register(Selector sel, int ops, Object att) throws ClosedChannelException; public final SelectionKey register(Selector sel, int ops) throws ClosedChannelException;
第一個引數代表通道要向哪個選擇器註冊。第二個引數是SelectionKey類中的一個命名常量，標識所註冊的操作。
SelectionKey定義了4個命名位常量，使用者選擇操作型別：
SelectionKey.OP_READ; SelectionKey.OP_WRITE; SelectionKey.OP_CONNECT; SelectionKey.OP_ACCEPT;
當一個通道需要在同一個選擇器中關注多個操作，只需要使用者位“或”操作符組合這些常量即可。
channel.register(selector,SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE);
第三個引數是可選的，代表鍵的附件。這個引數通常使用者儲存連結狀態，例如：如果要實現一個Web伺服器，可能要附加一個FileInputStream或FileChannel，這個流或通道連線到伺服器提供給客戶端的本地檔案。
例子：
複製檔案的讀寫操作，可以用來舉例說明NIO的一個大致過程。
public static void copyFileByNIO(String src,String dst) throws IOException {
//宣告原始檔和目標檔案
RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile(src, "rw");
RandomAccessFile bFile = new RandomAccessFile(dst, "rw");
//獲得傳輸通道channel
FileChannel inChannel = aFile.getChannel();
FileChannel outChannel = bFile.getChannel();
//獲得容器buffer
ByteBuffer buffer= ByteBuffer.allocate(1024);
while(true){
//判斷是否讀完檔案
int eof =inChannel.read(buffer);
if(eof==-1){
break;
}
//重設一下buffer的position=0，limit=position
buffer.flip();
//開始寫
outChannel.write(buffer);
//寫完要重置buffer，重設position=0,limit=capacity
buffer.clear();
}
inChannel.close();
outChannel.close();
aFile.close();
bFile.close();
}
AIO
AIO這次就不介紹了，我後續要單獨的拿出一整篇來介紹AI