標(biāo)記Mark

一個備忘位置。用于記錄上一次讀寫的位置。

首先展示一下是如何創(chuàng)建緩沖區(qū)的，核心變量的值是怎么變化的。

    public static void main(String[] args) {

        // 創(chuàng)建一個緩沖區(qū)
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);

        // 看一下初始時4個核心變量的值
        System.out.println("初始時-->limit--->"+byteBuffer.limit());
        System.out.println("初始時-->position--->"+byteBuffer.position());
        System.out.println("初始時-->capacity--->"+byteBuffer.capacity());
        System.out.println("初始時-->mark--->" + byteBuffer.mark());

        System.out.println("--------------------------------------");

        // 添加一些數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)中
        String s = "Java3y";
        byteBuffer.put(s.getBytes());

        // 看一下初始時4個核心變量的值
        System.out.println("put完之后-->limit--->"+byteBuffer.limit());
        System.out.println("put完之后-->position--->"+byteBuffer.position());
        System.out.println("put完之后-->capacity--->"+byteBuffer.capacity());
        System.out.println("put完之后-->mark--->" + byteBuffer.mark());
    }

運(yùn)行結(jié)果：

現(xiàn)在我想要從緩存區(qū)拿數(shù)據(jù)，怎么拿呀？？NIO給了我們一個flip()方法。這個方法可以改動position和limit的位置！

還是上面的代碼，我們flip()一下后，再看看4個核心屬性的值會發(fā)生什么變化：

很明顯的是：

limit變成了position的位置了

而position變成了0

看到這里的同學(xué)可能就會想到了：當(dāng)調(diào)用完filp()時：limit是限制讀到哪里，而position是從哪里讀

一般我們稱filp()為“切換成讀模式”

每當(dāng)要從緩存區(qū)的時候讀取數(shù)據(jù)時，就調(diào)用filp()“切換成讀模式”。

切換成讀模式之后，我們就可以讀取緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)了：

        // 創(chuàng)建一個limit()大小的字節(jié)數(shù)組(因?yàn)榫椭挥衛(wèi)imit這么多個數(shù)據(jù)可讀)
        byte[] bytes = new byte[byteBuffer.limit()];

        // 將讀取的數(shù)據(jù)裝進(jìn)我們的字節(jié)數(shù)組中
        byteBuffer.get(bytes);

        // 輸出數(shù)據(jù)
        System.out.println(new String(bytes, 0, bytes.length));

隨后輸出一下核心變量的值看看：

讀完我們還想寫數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)，那就使用clear()函數(shù)，這個函數(shù)會“清空”緩沖區(qū)：

數(shù)據(jù)沒有真正被清空，只是被遺忘掉了

Channel通道只負(fù)責(zé)傳輸數(shù)據(jù)、不直接操作數(shù)據(jù)的。操作數(shù)據(jù)都是通過Buffer緩沖區(qū)來進(jìn)行操作！

        // 1. 通過本地IO的方式來獲取通道
        FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("F:3yBlogJavaEE常用框架Elasticsearch就是這么簡單.md");

        // 得到文件的輸入通道
        FileChannel inchannel = fileInputStream.getChannel();

        // 2. jdk1.7后通過靜態(tài)方法.open()獲取通道
        FileChannel.open(Paths.get("F:3yBlogJavaEE常用框架Elasticsearch就是這么簡單2.md"), StandardOpenOption.WRITE);

使用FileChannel配合緩沖區(qū)實(shí)現(xiàn)文件復(fù)制的功能：

使用內(nèi)存映射文件的方式實(shí)現(xiàn)文件復(fù)制的功能(直接操作緩沖區(qū))：

通道之間通過transfer()實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸(直接操作緩沖區(qū))：

非直接緩沖區(qū)是需要經(jīng)過一個：copy的階段的(從內(nèi)核空間copy到用戶空間)

直接緩沖區(qū)不需要經(jīng)過copy階段，也可以理解成--->內(nèi)存映射文件，(上面的圖片也有過例子)。

使用直接緩沖區(qū)有兩種方式：

緩沖區(qū)創(chuàng)建的時候分配的是直接緩沖區(qū)

在FileChannel上調(diào)用map()方法，將文件直接映射到內(nèi)存中創(chuàng)建

這個知識點(diǎn)我感覺用得挺少的，不過很多教程都有說這個知識點(diǎn)，我也拿過來說說吧：

分散讀取(scatter)：將一個通道中的數(shù)據(jù)分散讀取到多個緩沖區(qū)中

聚集寫入(gather)：將多個緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)集中寫入到一個通道中

分散讀取

聚集寫入

字符集(只要編碼格式和解碼格式一致，就沒問題了)

文件的IO就告一段落了，我們來學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)中的IO~~~為了更好地理解NIO，我們先來學(xué)習(xí)一下IO的模型~

根據(jù)UNIX網(wǎng)絡(luò)編程對I/O模型的分類，在UNIX可以歸納成5種I/O模型：

阻塞I/O

非阻塞I/O

I/O多路復(fù)用

信號驅(qū)動I/O

異步I/O

Linux 的內(nèi)核將所有外部設(shè)備都看做一個文件來操作，對一個文件的讀寫操作會調(diào)用內(nèi)核提供的系統(tǒng)命令(api)，返回一個file descriptor（fd，文件描述符）。而對一個socket的讀寫也會有響應(yīng)的描述符，稱為socket fd（socket文件描述符），描述符就是一個數(shù)字，指向內(nèi)核中的一個結(jié)構(gòu)體（文件路徑，數(shù)據(jù)區(qū)等一些屬性）。

所以說：在Linux下對文件的操作是利用文件描述符(file descriptor)來實(shí)現(xiàn)的。

為了保證用戶進(jìn)程不能直接操作內(nèi)核（kernel），保證內(nèi)核的安全，操心系統(tǒng)將虛擬空間劃分為兩部分

一部分為內(nèi)核空間。

一部分為用戶空間。

我們來看看IO在系統(tǒng)中的運(yùn)行是怎么樣的(我們以read為例)

可以發(fā)現(xiàn)的是：當(dāng)應(yīng)用程序調(diào)用read方法時，是需要等待的--->從內(nèi)核空間中找數(shù)據(jù)，再將內(nèi)核空間的數(shù)據(jù)拷貝到用戶空間的。

這個等待是必要的過程！

下面只講解用得最多的3個I/0模型：

阻塞I/O

非阻塞I/O

I/O多路復(fù)用

在進(jìn)程(用戶)空間中調(diào)用recvfrom，其系統(tǒng)調(diào)用直到數(shù)據(jù)包到達(dá)且被復(fù)制到應(yīng)用進(jìn)程的緩沖區(qū)中或者發(fā)生錯誤時才返回，在此期間一直等待。

recvfrom從應(yīng)用層到內(nèi)核的時候，如果沒有數(shù)據(jù)就直接返回一個EWOULDBLOCK錯誤，一般都對非阻塞I/O模型進(jìn)行輪詢檢查這個狀態(tài)，看內(nèi)核是不是有數(shù)據(jù)到來。

前面也已經(jīng)說了：在Linux下對文件的操作是利用文件描述符(file descriptor)來實(shí)現(xiàn)的。

在Linux下它是這樣子實(shí)現(xiàn)I/O復(fù)用模型的：

調(diào)用select/poll/epoll/pselect其中一個函數(shù)，傳入多個文件描述符，如果有一個文件描述符就緒，則返回，否則阻塞直到超時。

比如poll()函數(shù)是這樣子的：int poll(struct pollfd *fds,nfds_t nfds, int timeout);

其中 pollfd 結(jié)構(gòu)定義如下：

struct pollfd {
    int fd;         /* 文件描述符 */
    short events;         /* 等待的事件 */
    short revents;       /* 實(shí)際發(fā)生了的事件 */
};

（1）當(dāng)用戶進(jìn)程調(diào)用了select，那么整個進(jìn)程會被block；

（2）而同時，kernel會“監(jiān)視”所有select負(fù)責(zé)的socket；

（3）當(dāng)任何一個socket中的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好了，select就會返回；

（4）這個時候用戶進(jìn)程再調(diào)用read操作，將數(shù)據(jù)從kernel拷貝到用戶進(jìn)程(空間)。

所以，I/O 多路復(fù)用的特點(diǎn)是通過一種機(jī)制一個進(jìn)程能同時等待多個文件描述符，而這些文件描述符其中的任意一個進(jìn)入讀就緒狀態(tài)，select()函數(shù)就可以返回。

select/epoll的優(yōu)勢并不是對于單個連接能處理得更快，而是在于能處理更多的連接。

正經(jīng)的描述都在上面給出了，不知道大家理解了沒有。下面我舉幾個例子總結(jié)一下這三種模型：

阻塞I/O：

Java3y跟女朋友去買喜茶，排了很久的隊(duì)終于可以點(diǎn)飲料了。我要綠研，謝謝。可是喜茶不是點(diǎn)了單就能立即拿，于是我在喜茶門口等了一小時才拿到綠研。

在門口干等一小時

非阻塞I/O：

Java3y跟女朋友去買一點(diǎn)點(diǎn)，排了很久的隊(duì)終于可以點(diǎn)飲料了。我要波霸奶茶，謝謝。可是一點(diǎn)點(diǎn)不是點(diǎn)了單就能立即拿，同時服務(wù)員告訴我：你大概要等半小時哦。你們先去逛逛吧~于是Java3y跟女朋友去玩了幾把斗地主，感覺時間差不多了。于是又去一點(diǎn)點(diǎn)問：請問到我了嗎？我的單號是xxx。服務(wù)員告訴Java3y：還沒到呢，現(xiàn)在的單號是XXX，你還要等一會，可以去附近耍耍。問了好幾次后，終于拿到我的波霸奶茶了。

去逛了下街、斗了下地主，時不時問問到我了沒有

I/O復(fù)用模型：

Java3y跟女朋友去麥當(dāng)勞吃漢堡包，現(xiàn)在就厲害了可以使用微信小程序點(diǎn)餐了。于是跟女朋友找了個地方坐下就用小程序點(diǎn)餐了。點(diǎn)餐了之后玩玩斗地主、聊聊天什么的。時不時聽到廣播在復(fù)述XXX請取餐，反正我的單號還沒到，就繼續(xù)玩唄。~~等聽到廣播的時候再取餐就是了。時間過得挺快的，此時傳來：Java3y請過來取餐。于是我就能拿到我的麥辣雞翅漢堡了。

聽廣播取餐，廣播不是為我一個人服務(wù)。廣播喊到我了，我過去取就Ok了。

回到我們最開始的圖：

NIO被叫為 no-blocking io，其實(shí)是在網(wǎng)絡(luò)這個層次中理解的，對于FileChannel來說一樣是阻塞。

我們前面也僅僅講解了FileChannel，對于我們網(wǎng)絡(luò)通信是還有幾個Channel的~

所以說：我們通常使用NIO是在網(wǎng)絡(luò)中使用的，網(wǎng)上大部分討論NIO都是在網(wǎng)絡(luò)通信的基礎(chǔ)之上的！說NIO是非阻塞的NIO也是網(wǎng)絡(luò)中體現(xiàn)的！

從上面的圖我們可以發(fā)現(xiàn)還有一個Selector選擇器這么一個東東。從一開始我們就說過了，nio的核心要素有：

Buffer緩沖區(qū)

Channel通道

Selector選擇器

我們在網(wǎng)絡(luò)中使用NIO往往是I/O模型的多路復(fù)用模型！

Selector選擇器就可以比喻成麥當(dāng)勞的廣播。

一個線程能夠管理多個Channel的狀態(tài)

為了更好地理解，我們先來寫一下NIO在網(wǎng)絡(luò)中是阻塞的狀態(tài)代碼，隨后看看非阻塞是怎么寫的就更容易理解了。

是阻塞的就沒有Selector選擇器了，就直接使用Channel和Buffer就完事了。

客戶端：

public class BlockClient {

    public static void main(String[] args) throws IOException {

        // 1. 獲取通道
        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 6666));

        // 2. 發(fā)送一張圖片給服務(wù)端吧
        FileChannel fileChannel = FileChannel.open(Paths.get("X:UsersozcDesktop新建文件夾1.png"), StandardOpenOption.READ);

        // 3.要使用NIO，有了Channel，就必然要有Buffer，Buffer是與數(shù)據(jù)打交道的呢
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

        // 4.讀取本地文件(圖片)，發(fā)送到服務(wù)器
        while (fileChannel.read(buffer) != -1) {

            // 在讀之前都要切換成讀模式
            buffer.flip();

            socketChannel.write(buffer);

            // 讀完切換成寫模式，能讓管道繼續(xù)讀取文件的數(shù)據(jù)
            buffer.clear();
        }

        // 5. 關(guān)閉流
        fileChannel.close();
        socketChannel.close();
    }
}

服務(wù)端：

public class BlockServer {

    public static void main(String[] args) throws IOException {

        // 1.獲取通道
        ServerSocketChannel server = ServerSocketChannel.open();

        // 2.得到文件通道，將客戶端傳遞過來的圖片寫到本地項(xiàng)目下(寫模式、沒有則創(chuàng)建)
        FileChannel outChannel = FileChannel.open(Paths.get("2.png"), StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.CREATE);

        // 3. 綁定鏈接
        server.bind(new InetSocketAddress(6666));

        // 4. 獲取客戶端的連接(阻塞的)
        SocketChannel client = server.accept();

        // 5. 要使用NIO，有了Channel，就必然要有Buffer，Buffer是與數(shù)據(jù)打交道的呢
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

        // 6.將客戶端傳遞過來的圖片保存在本地中
        while (client.read(buffer) != -1) {

            // 在讀之前都要切換成讀模式
            buffer.flip();

            outChannel.write(buffer);

            // 讀完切換成寫模式，能讓管道繼續(xù)讀取文件的數(shù)據(jù)
            buffer.clear();

        }

        // 7.關(guān)閉通道
        outChannel.close();
        client.close();
        server.close();
    }
}

結(jié)果就可以將客戶端傳遞過來的圖片保存在本地了：

此時服務(wù)端保存完圖片想要告訴客戶端已經(jīng)收到圖片啦：

客戶端接收服務(wù)端帶過來的數(shù)據(jù)：

如果僅僅是上面的代碼是不行的！這個程序會阻塞起來！

因?yàn)榉?wù)端不知道客戶端還有沒有數(shù)據(jù)要發(fā)過來(與剛開始不一樣，客戶端發(fā)完數(shù)據(jù)就將流關(guān)閉了，服務(wù)端可以知道客戶端沒數(shù)據(jù)發(fā)過來了)，導(dǎo)致服務(wù)端一直在讀取客戶端發(fā)過來的數(shù)據(jù)。

進(jìn)而導(dǎo)致了阻塞！

于是客戶端在寫完數(shù)據(jù)給服務(wù)端時，顯式告訴服務(wù)端已經(jīng)發(fā)完數(shù)據(jù)了！

如果使用非阻塞模式的話，那么我們就可以不顯式告訴服務(wù)器已經(jīng)發(fā)完數(shù)據(jù)了。我們下面來看看怎么寫：

客戶端：

public class NoBlockClient {

    public static void main(String[] args) throws IOException {

        // 1. 獲取通道
        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 6666));

        // 1.1切換成非阻塞模式
        socketChannel.configureBlocking(false);

        // 2. 發(fā)送一張圖片給服務(wù)端吧
        FileChannel fileChannel = FileChannel.open(Paths.get("X:UsersozcDesktop新建文件夾1.png"), StandardOpenOption.READ);

        // 3.要使用NIO，有了Channel，就必然要有Buffer，Buffer是與數(shù)據(jù)打交道的呢
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

        // 4.讀取本地文件(圖片)，發(fā)送到服務(wù)器
        while (fileChannel.read(buffer) != -1) {

            // 在讀之前都要切換成讀模式
            buffer.flip();

            socketChannel.write(buffer);

            // 讀完切換成寫模式，能讓管道繼續(xù)讀取文件的數(shù)據(jù)
            buffer.clear();
        }

        // 5. 關(guān)閉流
        fileChannel.close();
        socketChannel.close();
    }
}
 

服務(wù)端：

public class NoBlockServer {

    public static void main(String[] args) throws IOException {

        // 1.獲取通道
        ServerSocketChannel server = ServerSocketChannel.open();

        // 2.切換成非阻塞模式
        server.configureBlocking(false);

        // 3. 綁定連接
        server.bind(new InetSocketAddress(6666));

        // 4. 獲取選擇器
        Selector selector = Selector.open();

        // 4.1將通道注冊到選擇器上，指定接收“監(jiān)聽通道”事件
        server.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

        // 5. 輪訓(xùn)地獲取選擇器上已“就緒”的事件--->只要select()>0，說明已就緒
        while (selector.select() > 0) {
            // 6. 獲取當(dāng)前選擇器所有注冊的“選擇鍵”(已就緒的監(jiān)聽事件)
            Iterator iterator = selector.selectedKeys().iterator();

            // 7. 獲取已“就緒”的事件，(不同的事件做不同的事)
            while (iterator.hasNext()) {

                SelectionKey selectionKey = iterator.next();

                // 接收事件就緒
                if (selectionKey.isAcceptable()) {

                    // 8. 獲取客戶端的鏈接
                    SocketChannel client = server.accept();

                    // 8.1 切換成非阻塞狀態(tài)
                    client.configureBlocking(false);

                    // 8.2 注冊到選擇器上-->拿到客戶端的連接為了讀取通道的數(shù)據(jù)(監(jiān)聽讀就緒事件)
                    client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

                } else if (selectionKey.isReadable()) { // 讀事件就緒

                    // 9. 獲取當(dāng)前選擇器讀就緒狀態(tài)的通道
                    SocketChannel client = (SocketChannel) selectionKey.channel();

                    // 9.1讀取數(shù)據(jù)
                    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

                    // 9.2得到文件通道，將客戶端傳遞過來的圖片寫到本地項(xiàng)目下(寫模式、沒有則創(chuàng)建)
                    FileChannel outChannel = FileChannel.open(Paths.get("2.png"), StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.CREATE);

                    while (client.read(buffer) > 0) {
                        // 在讀之前都要切換成讀模式
                        buffer.flip();

                        outChannel.write(buffer);

                        // 讀完切換成寫模式，能讓管道繼續(xù)讀取文件的數(shù)據(jù)
                        buffer.clear();
                    }
                }
                // 10. 取消選擇鍵(已經(jīng)處理過的事件，就應(yīng)該取消掉了)
                iterator.remove();
            }
        }

    }
}

還是剛才的需求：服務(wù)端保存了圖片以后，告訴客戶端已經(jīng)收到圖片了。

在服務(wù)端上只要在后面寫些數(shù)據(jù)給客戶端就好了：

在客戶端上要想獲取得到服務(wù)端的數(shù)據(jù)，也需要注冊在register上(監(jiān)聽讀事件)！

public class NoBlockClient2 {

    public static void main(String[] args) throws IOException {

        // 1. 獲取通道
        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 6666));

        // 1.1切換成非阻塞模式
        socketChannel.configureBlocking(false);

        // 1.2獲取選擇器
        Selector selector = Selector.open();

        // 1.3將通道注冊到選擇器中，獲取服務(wù)端返回的數(shù)據(jù)
        socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

        // 2. 發(fā)送一張圖片給服務(wù)端吧
        FileChannel fileChannel = FileChannel.open(Paths.get("X:UsersozcDesktop新建文件夾1.png"), StandardOpenOption.READ);

        // 3.要使用NIO，有了Channel，就必然要有Buffer，Buffer是與數(shù)據(jù)打交道的呢
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

        // 4.讀取本地文件(圖片)，發(fā)送到服務(wù)器
        while (fileChannel.read(buffer) != -1) {

            // 在讀之前都要切換成讀模式
            buffer.flip();

            socketChannel.write(buffer);

            // 讀完切換成寫模式，能讓管道繼續(xù)讀取文件的數(shù)據(jù)
            buffer.clear();
        }


        // 5. 輪訓(xùn)地獲取選擇器上已“就緒”的事件--->只要select()>0，說明已就緒
        while (selector.select() > 0) {
            // 6. 獲取當(dāng)前選擇器所有注冊的“選擇鍵”(已就緒的監(jiān)聽事件)
            Iterator iterator = selector.selectedKeys().iterator();

            // 7. 獲取已“就緒”的事件，(不同的事件做不同的事)
            while (iterator.hasNext()) {

                SelectionKey selectionKey = iterator.next();

                // 8. 讀事件就緒
                if (selectionKey.isReadable()) {

                    // 8.1得到對應(yīng)的通道
                    SocketChannel channel = (SocketChannel) selectionKey.channel();

                    ByteBuffer responseBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);

                    // 9. 知道服務(wù)端要返回響應(yīng)的數(shù)據(jù)給客戶端，客戶端在這里接收
                    int readBytes = channel.read(responseBuffer);

                    if (readBytes > 0) {
                        // 切換讀模式
                        responseBuffer.flip();
                        System.out.println(new String(responseBuffer.array(), 0, readBytes));
                    }
                }

                // 10. 取消選擇鍵(已經(jīng)處理過的事件，就應(yīng)該取消掉了)
                iterator.remove();
            }
        }
    }


}

測試結(jié)果：

下面就簡單總結(jié)一下使用NIO時的要點(diǎn)：

將Socket通道注冊到Selector中，監(jiān)聽感興趣的事件

當(dāng)感興趣的時間就緒時，則會進(jìn)去我們處理的方法進(jìn)行處理

每處理完一次就緒事件，刪除該選擇鍵(因?yàn)槲覀円呀?jīng)處理完了)

這里我就不再講述了，最難的TCP都講了，UDP就很簡單了。

UDP:

管道：

總的來說NIO也是一個比較重要的知識點(diǎn)，因?yàn)樗菍W(xué)習(xí)netty的基礎(chǔ)~

想以一篇來完全講解NIO顯然是不可能的啦，想要更加深入了解NIO可以往下面的鏈接繼續(xù)學(xué)習(xí)~

參考資料：

https://www.zhihu.com/question/29005375---如何學(xué)習(xí)Java的NIO？

http://ifeve.com/java-nio-all/---Java NIO 系列教程

https://www.ibm.com/developerworks/cn/education/java/j-nio/j-nio.html-----NIO 入門

https://blog.csdn.net/anxpp/article/details/51503329-----Linux 網(wǎng)絡(luò) I/O 模型簡介（圖文）

https://wangjingxin.top/2016/10/21/decoration/-----談?wù)刯ava的NIO和AIO

https://www.yiibai.com/java_nio/-----Java NIO教程

https://blog.csdn.net/cowthan/article/details/53563206------Java 8：Java 的新IO （nio）

https://blog.csdn.net/youyou1543724847/article/details/52748785-------JAVA NIO(1.基本概念，基本類）

https://www.cnblogs.com/zingp/p/6863170.html-----IO模式和IO多路復(fù)用

https://www.cnblogs.com/Evsward/p/nio.html----掌握NIO，程序人生

https://blog.csdn.net/anxpp/article/details/51512200----Java 網(wǎng)絡(luò)IO編程總結(jié)（BIO、NIO、AIO均含完整實(shí)例代碼）

https://zhuanlan.zhihu.com/p/24393775?refer=hinus---進(jìn)擊的Java新人

《Java編程思想》

《瘋狂Java 講義》

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