在之前的文章Netty專題-（1）初識(shí)Netty中提到了NIO三大核心Selector 、 Channel 和 Buffer，所以在這一章重點(diǎn)會(huì)是介紹這三個(gè)核心。

1 緩沖區(qū)(Buffer)

1.1 基本介紹

（1）緩沖區(qū)本質(zhì)上是一個(gè)可以讀寫數(shù)據(jù)的內(nèi)存塊，可以理解成是一個(gè)容器對(duì)象(含數(shù)組)；
（2）該對(duì)象提供了一組方法，可以更輕松地使用內(nèi)存塊；
（3）緩沖區(qū)對(duì)象內(nèi)置了一些機(jī)制，能夠跟蹤和記錄緩沖區(qū)的狀態(tài)變化情況；
（4）Channel 提供從文件、網(wǎng)絡(luò)讀取數(shù)據(jù)的渠道，但是讀取或?qū)懭氲臄?shù)據(jù)都必須經(jīng)由 Buffer，如圖:

1.2 Buffer類及其子類

（1）在 NIO 中，Buffer 是一個(gè)頂層父類，它是一個(gè)抽象類, 類的層級(jí)關(guān)系圖:

（2）Buffer 類定義了所有的緩沖區(qū)都具有的四個(gè)屬性來(lái)提供關(guān)于其所包含的數(shù)據(jù)元素的信息:

屬性描述

mark	標(biāo)記
position	位置，下一個(gè)要被讀或者寫的元素的索引，每次讀寫緩存區(qū)數(shù)據(jù)時(shí)都會(huì)改變值，為下次讀寫做準(zhǔn)備
limit	表示緩沖區(qū)的當(dāng)前終點(diǎn)，不能對(duì)緩沖區(qū)超過(guò)極限的位置進(jìn)行讀寫操作，且極限是可以修改的
capacity	容量，即可以容納的最大數(shù)據(jù)量，在緩沖區(qū)創(chuàng)建時(shí)被設(shè)定并且不能改變

（3）Buffer 類相關(guān)方法一覽

1.2 ByteBuffer
從前面可以看出對(duì)于 Java 中的基本數(shù)據(jù)類型(boolean 除外)，都有一個(gè) Buffer 類型與之相對(duì)應(yīng)，最常用的是 ByteBuffer 類（二進(jìn)制數(shù)據(jù)），該類的主要方法如下：

2 通道(Channel)

2.1 基本介紹

（1）NIO 的通道類似于流，但有些區(qū)別如下：

• 通道可以同時(shí)進(jìn)行讀寫，而流只能讀或者只能寫
• 通道可以實(shí)現(xiàn)異步讀寫數(shù)據(jù)
• 通道可以從緩沖讀數(shù)據(jù)，也可以寫數(shù)據(jù)到緩沖

（2）BIO 中的 stream 是單向的，例如 FileInputStream 對(duì)象只能進(jìn)行讀取數(shù)據(jù)的操作，而 NIO 中的通道(Channel) 是雙向的，可以讀操作，也可以寫操作
（3）Channel 在 NIO 中是一個(gè)接口 public interface Channel extends Closeable{}

（4）常 用 的 Channel 類 有 ： FileChannel 、 DatagramChannel 、 ServerSocketChannel 和 SocketChannel 。ServerSocketChanne 類似 ServerSocket , SocketChannel 類似 Socket
（5）FileChannel 用于文件的數(shù)據(jù)讀寫，DatagramChannel 用于 UDP 的數(shù)據(jù)讀寫，ServerSocketChannel 和 SocketChannel 用于 TCP 的數(shù)據(jù)讀寫。

2.2 FileChannel 類

2.2.1 FileChannel 類主要方法

FileChannel 主要用來(lái)對(duì)本地文件進(jìn)行 IO 操作，常見(jiàn)的方法有：

• public int read(ByteBuffer dst) ，從通道讀取數(shù)據(jù)并放到緩沖區(qū)中
• public int write(ByteBuffer src) ，把緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)寫到通道中
• public long transferFrom(ReadableByteChannel src, long position, long count)，從目標(biāo)通道中復(fù)制數(shù)據(jù)到當(dāng)前通道
• public long transferTo(long position, long count, WritableByteChannel target)，把數(shù)據(jù)從當(dāng)前通道復(fù)制給目標(biāo)通道

2.2.2 FileChannel 類應(yīng)用實(shí)例

上面說(shuō)了那么多可能大家只是停留在概念階段，最終我們是需要落到實(shí)踐，所以直接上干活，使用上面的兩個(gè)核心類來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的操作。
（1）使用ByteBuffer(緩沖) 和 FileChannel(通道)實(shí)現(xiàn)本地文件寫數(shù)據(jù)，將 “hello,likangmin” 寫入到 file01.txt 文件中，如果文件不存在就創(chuàng)建。代碼里面有相應(yīng)的注釋，大家應(yīng)該很容易就可以看懂，我這里就不做另外的補(bǔ)充。大家在看的同時(shí)希望大家自己動(dòng)手實(shí)踐一遍加深印象，只看不動(dòng)手的話很快就會(huì)忘記。
代碼如下，很簡(jiǎn)單的幾句：

String str = "hello,likangmin";//創(chuàng)建一個(gè)輸出流->channelFileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("D:\\file01.txt");//通過(guò) fileOutputStream 獲取 對(duì)應(yīng)的 FileChannel//這個(gè) fileChannel 真實(shí) 類型是 FileChannelImplFileChannel fileChannel = fileOutputStream.getChannel();//創(chuàng)建一個(gè)緩沖區(qū) ByteBufferByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);//將 str 放入 byteBufferbyteBuffer.put(str.getBytes());//對(duì)byteBuffer 進(jìn)行flipbyteBuffer.flip();//將byteBuffer 數(shù)據(jù)寫入到 fileChannelfileChannel.write(byteBuffer);fileOutputStream.close();

啟動(dòng)程序以后文件寫入：

（2）使用ByteBuffer(緩沖) 和 FileChannel(通道)實(shí)現(xiàn)本地文件讀數(shù)據(jù)，將剛剛創(chuàng)建的 file01.txt 中的數(shù)據(jù)讀入到程序，并顯示在控制臺(tái)。
代碼如下：

//創(chuàng)建文件的輸入流File file = new File("d:\\file01.txt");FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(file);//通過(guò)fileInputStream 獲取對(duì)應(yīng)的FileChannel -> 實(shí)際類型 FileChannelImplFileChannel fileChannel = fileInputStream.getChannel();//創(chuàng)建緩沖區(qū)ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate((int) file.length());//將 通道的數(shù)據(jù)讀入到BufferfileChannel.read(byteBuffer);//將byteBuffer 的 字節(jié)數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)成StringSystem.out.println(new String(byteBuffer.array()));fileInputStream.close();

運(yùn)行之后在控制臺(tái)打印：

（3）在上面的例子中，我們需要單獨(dú)使用兩個(gè)Buffer來(lái)進(jìn)行操作，那么可以使用一個(gè)Buffer來(lái)進(jìn)行文件的讀取和寫入呢？當(dāng)然是可以的，其主要的實(shí)現(xiàn)思路圖如下，使用 FileChannel(通道) 和 方法 read , write，完成文件從1.txt到2.txt的拷貝。

代碼如下：

FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("1.txt");FileChannel fileChannel01 = fileInputStream.getChannel();FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("2.txt");FileChannel fileChannel02 = fileOutputStream.getChannel();ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(512);while (true) { //循環(huán)讀取//這里有一個(gè)重要的操作，一定不要忘了/*public final Buffer clear() {position = 0;limit = capacity;mark = -1;return this;}*/byteBuffer.clear(); //清空bufferint read = fileChannel01.read(byteBuffer);System.out.println("read =" + read);if(read == -1) { //表示讀完break;}//將buffer 中的數(shù)據(jù)寫入到 fileChannel02 -- 2.txtbyteBuffer.flip();fileChannel02.write(byteBuffer);}//關(guān)閉相關(guān)的流fileInputStream.close();fileOutputStream.close();}

文件1.txt的內(nèi)容：

在開(kāi)始之前2.txt不存在，啟動(dòng)程序以后，2.txt出現(xiàn)，里面的內(nèi)容與1.txt完全一致。

（4）在例（3）中，使用Buffer完成文件的拷貝，實(shí)際上我們呢可以直接使用transferFrom方法完成拷貝，比如我們拷貝以下的這張照片。

代碼如下：

//創(chuàng)建相關(guān)流FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("a.jpg");FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("a2.jpg");//獲取各個(gè)流對(duì)應(yīng)的filechannelFileChannel sourceCh = fileInputStream.getChannel();FileChannel destCh = fileOutputStream.getChannel();//使用transferForm完成拷貝destCh.transferFrom(sourceCh,0,sourceCh.size());//關(guān)閉相關(guān)通道和流sourceCh.close();destCh.close();fileInputStream.close();fileOutputStream.close();

運(yùn)行完程序以后，出現(xiàn)a2.jpg:

2.2.3 Buffer 和 Channel 的注意事項(xiàng)和細(xì)節(jié)

（1）ByteBuffer 支持類型化的 put 和 get, put 放入的是什么數(shù)據(jù)類型，get 就應(yīng)該使用相應(yīng)的數(shù)據(jù)類型來(lái)取出，否 則可能有 BufferUnderflowException 異常。如下：

如果沒(méi)有按照對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行獲取，則會(huì)出現(xiàn)異常。

（2）可以將一個(gè)普通 Buffer 轉(zhuǎn)成只讀 Buffer

運(yùn)行程序：

（3）NIO 還提供了 MappedByteBuffer， 可以讓文件直接在內(nèi)存（堆外的內(nèi)存）中進(jìn)行修改， 而如何同步到文件 由 NIO 來(lái)完成

這里對(duì)以下主要的地方做一下說(shuō)明：

MappedByteBuffer mappedByteBuffer = channel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, 5); 參數(shù)1: FileChannel.MapMode.READ_WRITE 使用的讀寫模式 參數(shù)2： 0 ： 可以直接修改的起始位置 參數(shù)3: 5: 是映射到內(nèi)存的大小(不是索引位置) ,即將 1.txt 的多少個(gè)字節(jié)映射到內(nèi)存 可以直接修改的范圍就是 0-5 實(shí)際類型 DirectByteBuffe

所以上面使用mappedByteBuffer.put(5, (byte) ‘Y’)會(huì)報(bào)IndexOutOfBoundsException異常:

（4）前面講的讀寫操作，都是通過(guò)一個(gè) Buffer 完成的，NIO 還支持 通過(guò)多個(gè) Buffer (即 Buffer 數(shù)組) 完成讀 寫操作，即 Scattering 和 Gathering

Scattering：將數(shù)據(jù)寫入到buffer時(shí)，可以采用buffer數(shù)組，依次寫入 [分散] Gathering: 從buffer讀取數(shù)據(jù)時(shí)，可以采用buffer數(shù)組，依次讀

代碼如下，這里我們首次使用了ServerSocketChannel，大家不用考慮太多，在后面也會(huì)具體介紹，這里當(dāng)前了解即可。

//使用 ServerSocketChannel 和 SocketChannel 網(wǎng)絡(luò)ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();InetSocketAddress inetSocketAddress = new InetSocketAddress(7000);//綁定端口到socket ，并啟動(dòng)serverSocketChannel.socket().bind(inetSocketAddress);//創(chuàng)建buffer數(shù)組ByteBuffer[] byteBuffers = new ByteBuffer[2];byteBuffers[0] = ByteBuffer.allocate(5);byteBuffers[1] = ByteBuffer.allocate(3);//等客戶端連接(telnet)SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();int messageLength = 8; //假定從客戶端接收8個(gè)字節(jié)//循環(huán)的讀取while (true) {int byteRead = 0;while (byteRead < messageLength ) {long l = socketChannel.read(byteBuffers);byteRead += l; //累計(jì)讀取的字節(jié)數(shù)System.out.println("byteRead=" + byteRead);//使用流打印, 看看當(dāng)前的這個(gè)buffer的position 和 limitArrays.asList(byteBuffers).stream().map(buffer -> "postion=" + buffer.position() + ", limit=" + buffer.limit()).forEach(System.out::println);}//將所有的buffer進(jìn)行flipArrays.asList(byteBuffers).forEach(buffer -> buffer.flip());//將數(shù)據(jù)讀出顯示到客戶端long byteWirte = 0;while (byteWirte < messageLength) {long l = socketChannel.write(byteBuffers); //byteWirte += l;}//將所有的buffer 進(jìn)行clearArrays.asList(byteBuffers).forEach(buffer-> {buffer.clear();});System.out.println("byteRead:=" + byteRead + " byteWrite=" + byteWirte + ", messagelength" + messageLength);}

用樣使用telnet進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送，發(fā)現(xiàn)分了三次進(jìn)行接收：

3 Selector(選擇器)

3.1 基本介紹

（1）Java 的 NIO，用非阻塞的 IO 方式。可以用一個(gè)線程，處理多個(gè)的客戶端連接，就會(huì)使用到 Selector(選擇器)
（2）Selector 能夠檢測(cè)多個(gè)注冊(cè)的通道上是否有事件發(fā)生(注意:多個(gè) Channel 以事件的方式可以注冊(cè)到同一個(gè) Selector)，如果有事件發(fā)生，便獲取事件然后針對(duì)每個(gè)事件進(jìn)行相應(yīng)的處理。這樣就可以只用一個(gè)單線程去管理多個(gè)通道，也就是管理多個(gè)連接和請(qǐng)求
（3）只有在連接通道真正有讀寫事件發(fā)生時(shí)，才會(huì)進(jìn)行讀寫，就大大地減少了系統(tǒng)開(kāi)銷，并且不必為每個(gè)連接都創(chuàng)建一個(gè)線程，不用去維護(hù)多個(gè)線程
（4）避免了多線程之間的上下文切換導(dǎo)致的開(kāi)銷

3.2 Selector 示意圖和特點(diǎn)說(shuō)明

（1）Netty 的 IO 線程 NioEventLoop 聚合了 Selector(選擇器，也叫多路復(fù)用器)，可以同時(shí)并發(fā)處理成百上千個(gè)客 戶端連接
（2）當(dāng)線程從某客戶端 Socket 通道進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)時(shí)，若沒(méi)有數(shù)據(jù)可用時(shí)，該線程可以進(jìn)行其他任務(wù)
（3）線程通常將非阻塞 IO 的空閑時(shí)間用于在其他通道上執(zhí)行 IO 操作，所以單獨(dú)的線程可以管理多個(gè)輸入和輸出通道
（4）由于讀寫操作都是非阻塞的，這就可以充分提升 IO 線程的運(yùn)行效率，避免由于頻繁 I/O 阻塞導(dǎo)致的線程掛起
（5）一個(gè) I/O 線程可以并發(fā)處理 N 個(gè)客戶端連接和讀寫操作，這從根本上解決了傳統(tǒng)同步阻塞 I/O 一連接一線程模型，架構(gòu)的性能、彈性伸縮能力和可靠性都得到了極大的提升

3.3 Selector 類相關(guān)方法

Selector 類是一個(gè)抽象類, 常用方法和說(shuō)明如下:

3.4 注意事項(xiàng)

（1）NIO 中的 ServerSocketChannel 功能類似 ServerSocket，SocketChannel 功能類似 Socket
（2）selector 相關(guān)方法說(shuō)明

• selector.select()//阻塞
• selector.select(1000);//阻塞 1000 毫秒，在 1000 毫秒后返回
• selector.wakeup();//喚醒 selector
• selector.selectNow();//不阻塞，立馬返還

在這一章中我們介紹了NIO的三大核心類，包括類的定義和概念，并做了相應(yīng)的示例。下一章我們將利用NIO的三大核心實(shí)現(xiàn)NIO的網(wǎng)路編程N(yùn)etty專題-（3）NIO網(wǎng)絡(luò)編程。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Netty专题-（2）NIO三大核心的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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