NIO基础

NIO三大组件

Channel和Buffer

Channel是读写数据的双向通道，可以从Channel将数据读入Buffer，也可以将Buffer的数据写入Channel，而Java中的Stream，如InputStream、OutputStream要么输入，要么输出，Channel比Stream更加底层

常见的Channel

• FileChannel
• DatagramChannel，UDP式的数据传输通道
• SocketChannel，TCP式的，可用于服务端和客户端
• ServerSocketChannel，TCP式的，专用于服务端

常见的Buffer

• ByteBuffer，以字节为单位存储数据的Buffer，是抽象类，下面是实现类
  • MappedByteBuffer
  • DirectByteBuffer
  • HeapByteBuffer
• ShortBuffer
• IntBuffer
• LongBuffer
• FloatBuffer
• DoubleBuffer
• CharBuffer

Selector

多线程设计服务器

需求：每个服务器可能同时需要处理来自多个客户端的请求，这就需要使用多线程

处理：每个客户端与服务端的连接开一个线程处理数据传输，如下图所示

存在的问题：
1.CPU能同时开启的线程数是有限的，如16核CPU最多开启16个线程，也就是能够同时处理的连接也就16个，如果有新的连接就会被阻塞
2.每个线程会占用一定的内存（记忆状态，名词变量等等），线程一多内存占用就会很高
3.线程上下文切换成本高，一旦线程被换下，它的状态是需要被记住的，以便下次处理该线程的时候继续上次的进度，因此这样会有许多线程的状态需要被记住
这种多线程设计只适合少连接的情况

线程池设计服务器

需求：多线程版本线程数量不受管束，容易超出内存

处理：线程池限制最高线程数，由于最高线程数被限制，那么一旦连接数过多，每个线程就要处理多条连接，但是同一时刻线程只能处理一条连接，其他连接会被阻塞，线程池的工作模式如下：

缺点：
1.不管正在被处理的连接干不干事，线程都会被占用，其他线程只能等待，这个模式被称为阻塞模式，也就是每个线程仅能处理一个socket连接
2.仅适合短链接，http请求下服务端返回响应，连接就可以被断开了，当下线程便可继续处理其他线程，这被称为短链接，非常适合线程池模式

总结：线程池模式下，线程利用率不高

Selector设计服务器

需求：如果连接不进行任何读写事件，就不占用线程，线程可以处理其他发出读写事件的连接
注意:在Selector中，Channel就相当于一次Socket连接

处理：Selector负责监听所有连接，一旦有连接发出读写事件，就通知Thread进行处理，如果有多个线程同时发出读写事件，就轮流处理；模式图如下：

适用多连接和流量低的场景，如果一次连接的流量过高，比如某个连接需要处理大量的数据，这样就要耗费大量的时间，在轮流处理模式下其他连接其实就相当与被阻塞了，甚至可能永远不会被处理到，比如在当前连接处理当中，有新增了需要处理的连接，这样等待处理的连接队伍就会越来越长；之所以适合多连接是因为Selector模式就是为了在多连接下提高线程的利用率

ByteBuffer的基本使用

读取本地文件，并在控制台打印内容

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class Demo {
  public static void main(String[] args) {
    // 1.文件输入流获取FileChannel 或 2.RandomAccessFile获取
    try (FileChannel fileChannel = new FileInputStream("E:\\Netty\\NIO-demo1\\src\\main\\resources\\file1.txt").getChannel()) {
      // 准备ByteBuffer缓冲区
      ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(10);
      while (true) {
        // Channel数据写入ByteBuffer
        int count = fileChannel.read(byteBuffer);
        if (count < 0) {
          break;
        }
        // 开启读模式
        byteBuffer.flip();
        // 打印数据
        while (byteBuffer.hasRemaining()) {
          byte b = byteBuffer.get();
          System.out.println((char) b);
        }
        // 切换写模式
        byteBuffer.clear();
      }
    } catch (IOException e) {
    }
  }
}

ByteBuffer正确使用姿势

1.文件输入流获取Channel
2.准备ByteBuffer缓冲区，Channel数据写入缓冲区（ByteBuffer刚创建默认为写模式）
3.ByteBuffer开启读模式，byteBuffer.flip()
4.byteBuffer读出数据，如byteBuffer.get()
5.如果要继续写入byteBuffer，请开启写模式，byteBuffer.clear()，或byteBuffer.compact()

ByteBuffer内部结构