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引言

java.nio全稱java non-blocking IO，是指jdk1.4 及以上版本里提供的新api(New IO)，為所有的原始類型（boolean類型除外）提供緩存支持的數據容器，使用它可以提供非阻塞式的高伸縮性網絡。

目錄大綱

1.阻塞和非阻塞

2.同步和異步

3.Java IO模型,NIO,BIO,AIO

4.NIO的原理

5.NIO操作流程

6.代碼演示

1.阻塞和非阻塞

阻塞和非阻塞是進程在訪問數據的時候，進程需不需要等待。

1. 阻塞

當數據沒有準備好時，都會一直等待緩衝區中的數據準備就緒之後才會開始處理，否則會一直等待下去。

2. 非阻塞

當進程訪問到數據緩衝區時，如果數據還未準備好，會直接返回不會一直等待，如果數據已經準備好了，也會直接返回。

2.同步和異步

同步和異步都是基於應用程序和操作系統處理IO事件鎖採用的方式。

同步：

1. 同步是應用系統直接參與IO讀寫操作。在處理IO事件的時候必須阻塞在某個方法上面等待IO事件完成(阻塞IO事件或則通過輪詢IO事件的方式)。

2. 阻塞IO實現方式，一般是直接阻塞到read和write方法。都是將讀（寫）方法交給線程來操作，然後阻塞線程的方式來實現，只是這樣對線程開銷較大。

異步：

1. 異步是所有的IO讀寫都交給了操作系統，這個時候就可以去做其它的事情並不需要去完成真正的IO操作,當操作完成IO後，系統將會給的應用程序一個通知的。

3.Java IO模型,NIO,BIO,AIO

NIO:

jdk1.4 linux多路複用技術 (select模式)實現IO事件的輪詢方式同步非阻塞的模式，這種方式目前是主流的網絡通信模式。

目前市面上的這種模式的框架有：Mina, netty，mina2.0，nett5.0--網絡通信框架比直接寫

NIO要容易些，並且代碼可讀性更好。

BIO:

JDK1.4以前使用都是BIO阻塞IO，主要是阻塞到線程來操作的，但對於線程的開銷本來就是性能的浪費。

AIO:

jdk1.7(NIO2)才是實現真正的異步aio,學習 它的思想主要是借鑑了linux epoll模式。

4.NIO的原理

先來看一張圖

網絡通信中，NIO也提供了SocketChannel和ServerSocketChannel兩種不同的套接字通道來實現，這兩個類都實現了Channel接口。它們可以設置阻塞與非阻塞兩種模式，為了實現高負載高併發都採取非阻塞的模式。

NIO採用緩衝區Buffer，實現對數據的讀寫操作，緩衝區是固定大小，並由內部狀態記錄有多少數據被放入或者取出。

與阻塞IO不同，阻塞IO採用阻塞式流（Stream）的方式進行讀寫，流是單向的只能向一個方向讀數據或者寫數據。

而通道是雙向的，可以同時在通道上發送和讀取數據，而且是非阻塞的，在沒有數據可讀可寫時可以去做別的事情。

主要使用了ServerSocketChannel，SocketChannel,Selector,ByteBuffer這麼幾個類。

1.ServerSocketChannel(服務端使用類)

採用api文檔解釋：通過調用此類的 open 方法創建服務器套接字通道。新創建的服務器套接字通道已打開，但尚未綁定。

試圖調用未綁定的服務器套接字通道的 accept 方法會導致拋出 NotYetBoundException。

可通過調用相關服務器套接字的某個 bind 方法來綁定服務器套接字通道。多個併發線程可安全地使用服務器套接字通道。

2.SocketChannel(客戶端使用類)

採用api文檔解釋：通過調用此類的某個 open 方法創建套接字通道。

新創建的套接字通道已打開，但尚未連接。試圖在未連接的通道上調用 I/O 操作將導致拋出 NotYetConnectedException。

可通過調用套接字通道的 connect 方法連接該通道；一旦連接後，關閉套接字通道之前它會一直保持已連接狀態。

可通過調用套接字通道的 isConnected 方法來確定套接字通道是否已連接。

3. Selector(選擇器)：

是 SelectableChannle 對象的多路複用器，Selector 可以同時監控多個 SelectableChannel 的 IO 狀況，也就是說，利用 Selector可使一個單獨的線程管理多個 Channel，selector 是非阻塞 IO 的核心。

當通道使用register（Selector sel, int ops）方法將通道註冊選擇器時，選擇器對通道事件進行監聽，通過第二個參數指定監聽的事件類型。

其中可監聽的事件類型包括以下：

讀 : SelectionKey.OP_READ （1）

寫 : SelectionKey.OP_WRITE （4）

連接 : SelectionKey.OP_CONNECT （8）

接收 : SelectionKey.OP_ACCEPT （16）

如果需要監聽多個事件是：

int key = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE ; //表示同時監聽讀寫操作

4.Bytebuffer

ByteBuffer類是Buffer的子類，Buffer是頂層抽象類，ByteBuffer繼承Buffer，也是抽象類。看看繼承結構。

ByteBuffer是在javaNIO中常使用的一個緩衝區類，使用ByteBuffer可以進行高效的IO操作。通過 ByteBuffer提供很多讀寫的方法put()，get(),並且還包含四個很重要的屬性。

容量（capacity）

capacity指的是緩衝區能夠容納元素的最大數量，這個值在緩衝區創建時被設定，而且不能夠改變，如下，我們創建了一個最大容量為10的字節緩衝區；

ByteBuffer bf = ByteBuffer.allocate(10);

上界（limit）

limit指的是緩衝區中第一個不能讀寫的元素的數組下標索引，也可以認為是緩衝區中實際元素的數量；

位置（position）

position指的是下一個要被讀寫的元素的數組下標索引，該值會隨get()和put()的調用自動更新；

標記（mark）

一個備忘位置，調用mark()方法的話，mark值將存儲當前position的值，等下次調用reset()方法時，會設定position的值為之前的標記值；

四個屬性值之間的關係

根據以上四個屬性的定義，我們可以總結出它們之間的關係如下：

0 <= mark <= position <= limit <= capacity

5.NIO操作流程

1. 服務端對象：ServerSocketChannel

2. 客戶端對象：SocketChannel

3. 選擇器：Selector selector= Selector.open();//這樣就打開了選擇器

4. 獲得選擇器中的事件集合：Set<selectionkey> key= selector.selectedKeys()/<selectionkey>

5. Selectionkey:可以通過它來判斷IO事件是否已經就緒

key. isAccptable:是否可以接受客戶端的連接

key, isConnctionable:是否可以連接服務端

key, isReadableo:緩衝區是否可讀

key, isWriteableo:緩衝區是否可寫

6.如何註冊

channel.regist(selector, Selectionkey.OP_WRITE)//註冊寫事件

channel.regist(Selector, Selectionkey.OP_READ);//註冊讀事件

channel.regist(Selector, Selectionkey.OP_CONNECT);//註冊連接事件

channel.regist(Selector, Selectionkey.OP_ACCEPT);//註冊請求事件

以上註冊成功之後就可以通過SelectionKey來判斷io事件是否就緒，然後可以進行後續操作。

6.代碼演示

現在來演示一下網絡編程中的nio使用，使用網絡編程nio的編程就需要使用到Channel(管道)、Selector(事件選擇器) 、Bytebuffer(緩衝區)。

演示代碼一般會使用服務端代碼和客戶端代碼分別書寫。我會盡量在代碼中把註釋寫詳細一些。

1.服務端代碼

2.客戶端代碼

先運行服務端程序會顯示“服務器已經開啟”的字樣，然後運行客戶端程序會在連接成功時發送"我是客戶端來了"的字樣，服務端就會接收到客戶端的數據並且打印。

然後客戶端輸入“111”，緊接著服務端就會打印“服務端接收客戶端傳過來的數據:客戶端輸入數據為：111”的字樣，然後在客戶端繼續輸入222，服務端就會打印出“服務端接收客戶端傳過來的數據:客戶端輸入數據為：222”

如下：

服務端顯示：

服務器已經開啟...
服務端接收客戶端傳過來的數據:我是客戶端來了
服務端接收客戶端傳過來的數據:客戶端輸入數據為：111
服務端接收客戶端傳過來的數據:客戶端輸入數據為：222

客戶端顯示

我是服務器

111

我是服務器

222

我是服務器