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  • java NIO 总结

    Java NIO 由以下几个核心部分组成:

    • Channels
    • Buffers
    • Selectors

    Channel 和 Buffer

    基本上,所有的 IO 在NIO 中都从一个Channel 开始。Channel 有点象流。 数据可以从Channel读到Buffer中,也可以从Buffer 写到Channel中。这里有个图示:

    Channel和Buffer有好几种类型。下面是JAVA NIO中的一些主要Channel的实现:

    • FileChannel
    • DatagramChannel
    • SocketChannel
    • ServerSocketChannel

    Selector

    Selector允许单线程处理多个 Channel。如果你的应用打开了多个连接(通道),但每个连接的流量都很低,使用Selector就会很方便。例如,在一个聊天服务器中。

    这是在一个单线程中使用一个Selector处理3个Channel的图示:

    要使用Selector,得向Selector注册Channel,然后调用它的select()方法。这个方法会一直阻塞到某个注册的通道有事件就绪。一旦这个方法返回,线程就可以处理这些事件,事件的例子有如新连接进来,数据接收等。

    Java NIO的通道类似流,但又有些不同:

    • 既可以从通道中读取数据,又可以写数据到通道。但流的读写通常是单向的。
    • 通道可以异步地读写。
    • 通道中的数据总是要先读到一个Buffer,或者总是要从一个Buffer中写入。

    FileChannel 从文件中读写数据。

    DatagramChannel 能通过UDP读写网络中的数据。

    SocketChannel 能通过TCP读写网络中的数据。

    ServerSocketChannel可以监听新进来的TCP连接,像Web服务器那样。对每一个新进来的连接都会创建一个SocketChannel。


    Buffer

    Java NIO中的Buffer用于和NIO通道进行交互。如你所知,数据是从通道读入缓冲区,从缓冲区写入到通道中的。

    缓冲区本质上是一块可以写入数据,然后可以从中读取数据的内存。这块内存被包装成NIO Buffer对象,并提供了一组方法,用来方便的访问该块内存。

    Buffer的基本用法

    使用Buffer读写数据一般遵循以下四个步骤:

    1. 写入数据到Buffer
    2. 调用flip()方法
    3. 从Buffer中读取数据
    4. 调用clear()方法或者compact()方法

    当向buffer写入数据时,buffer会记录下写了多少数据。一旦要读取数据,需要通过flip()方法将Buffer从写模式切换到读模式。在读模式下,可以读取之前写入到buffer的所有数据。

    一旦读完了所有的数据,就需要清空缓冲区,让它可以再次被写入。有两种方式能清空缓冲区:调用clear()或compact()方法。clear()方法会清空整个缓冲区。compact()方法只会清除已经读过的数据。任何未读的数据都被移到缓冲区的起始处,新写入的数据将放到缓冲区未读数据的后面。


    int bytesRead = inChannel.read(buf); //read into buffer.

    bytesRead 这个值为 channel写入buffer,偏移值,

    • 当为 -1,说明说明客户端的数据发送完毕,并且主动的close socket
    • 当为 0 ,是某一时刻socketChannel中当前(注意是当前)没有数据可以读,这时会返回0,最后一种情况就是客户端的数据发送完毕了(注意看后面的程序里有这样子的代码),这个时候客户端想获取服务端的反馈调用了recv函数,若服务端继续read,这个时候就会返回0。
    • 当为 其他, 说明buffer的当前limit

    Buffer的分配

    要想获得一个Buffer对象首先要进行分配。 每一个Buffer类都有一个allocate方法。下面是一个分配48字节capacity的ByteBuffer的例子。

    ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

    这是分配一个可存储1024个字符的CharBuffer:

    CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(1024);

    向Buffer中写数据

    写数据到Buffer有两种方式:

    • 从Channel写到Buffer。
    • 通过Buffer的put()方法写到Buffer里。

    从Channel写到Buffer的例子

    int bytesRead = inChannel.read(buf); //read into buffer.

    通过buffer.put() 方法

        buf.put(127);

    从Buffer中读取数据

    从Buffer中读取数据有两种方式:

    1. 从Buffer读取数据到Channel。
    2. 使用get()方法从Buffer中读取数据。

    从Buffer读取数据到Channel的例子:

    //read from buffer into channel.
    
    int bytesWritten = inChannel.write(buf);

    使用get()方法从Buffer中读取数据的例子

    byte aByte = buf.get();

    channel 的read 和 write 是针对channel 本身而言的, read() 就是往channel里写数据,write() 就是channel 往buffer 中写数据.

    get方法有很多版本,允许你以不同的方式从Buffer中读取数据。例如,从指定position读取,或者从Buffer中读取数据到字节数组。更多Buffer实现的细节参考JavaDoc。

    flip()方法

    flip方法将Buffer从写模式切换到读模式。调用flip()方法会将position设回0,并将limit设置成之前position的值。

    换句话说,position现在用于标记读的位置,limit表示之前写进了多少个byte、char等 —— 现在能读取多少个byte、char等。


    selector

    Selector(选择器)是Java NIO中能够检测一到多个NIO通道,并能够知晓通道是否为诸如读写事件做好准备的组件。这样,一个单独的线程可以管理多个channel,从而管理多个网络连接。

    Selector的创建

    通过调用Selector.open()方法创建一个Selector,如下:

    Selector selector = Selector.open();

    向Selector注册通道

    为了将Channel和Selector配合使用,必须将channel注册到selector上。通过SelectableChannel.register()方法来实现,如下:

     
    channel.configureBlocking(false); // 将channel 设置为非阻塞
    SelectionKey key = channel.register(selector,Selectionkey.OP_READ); // 将channel 注册到selector 上,事件为OP_READ

    与Selector一起使用时,Channel必须处于非阻塞模式下。

    Channel + Selector

    从SelectionKey访问Channel和Selector很简单。如下:

    Channel  channel  = selectionKey.channel();
    Selector selector = selectionKey.selector();

    selectedKeys()

    一旦调用了select()方法,并且返回值表明有一个或更多个通道就绪了,然后可以通过调用selector的selectedKeys()方法,访问“已选择键集(selected key set)”中的就绪通道。如下所示:

    Set selectedKeys = selector.selectedKeys();

     

    SocketChannel

    Java NIO中的SocketChannel是一个连接到TCP网络套接字的通道。可以通过以下2种方式创建SocketChannel:

    1. 打开一个SocketChannel并连接到互联网上的某台服务器。
    2. 一个新连接到达ServerSocketChannel时,会创建一个SocketChannel。

    打开 SocketChannel

    下面是SocketChannel的打开方式:

    SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
    socketChannel.connect(new InetSocketAddress("http://jenkov.com", 80));

    从 SocketChannel 读取数据

    要从SocketChannel中读取数据,调用一个read()的方法之一。以下是例子:

    ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
    int bytesRead = socketChannel.read(buf);

    首先,分配一个Buffer。从SocketChannel读取到的数据将会放到这个Buffer中。

    然后,调用SocketChannel.read()。该方法将数据从SocketChannel 读到Buffer中。read()方法返回的int值表示读了多少字节进Buffer里。如果返回的是-1,表示已经读到了流的末尾(连接关闭了)。

    ServerSocketChannel

    Java NIO中的 ServerSocketChannel 是一个可以监听新进来的TCP连接的通道, 就像标准IO中的ServerSocket一样。ServerSocketChannel类在 java.nio.channels包中。

    ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
    
    serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));
    
    while(true){
        SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
        //do something with socketChannel...
    }

    监听新进来的连接

    通过 ServerSocketChannel.accept() 方法监听新进来的连接。当 accept()方法返回的时候,它返回一个包含新进来的连接的 SocketChannel。因此, accept()方法会一直阻塞到有新连接到达。

    通常不会仅仅只监听一个连接,在while循环中调用 accept()方法. 如下面的例子:

    while(true){
        SocketChannel socketChannel =
          serverSocketChannel.accept();
    
        //do something with socketChannel...
    }
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