一、NIO

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。

二、三大組件

NIO三大組件：Channel、Buffer、Selector

1.Channel 和Buffer

Channel是一個對象，可以通過它讀取和寫入數據。拿 NIO 與原來的 I/O 做個比較，通道就像是流，而且他們面向緩沖區（Buffer）的。所有數據都通過Buffer對象來處理，永遠不會將字節直接寫入通道中，而是將數據寫入包含一個或多個字節的緩沖區。也不會直接從通道中讀取字節，而是將數據從通道讀入緩沖區，再從緩沖區獲取這個字節。

Channel是讀寫數據的雙向通道，可以從Channel將數據讀取Buffer,也可將Buffer的數據寫入Channel，而之前的Stream要么是輸入（InputStream）、要么是輸出（OutputStream），只在一個方向上流通。 而通道（Channel）可以用于讀、寫或者同時用于讀寫

常見的Channel

1.FileChannel

2.DatagramChannel

3.SocketChannel

4.ServerSocketChannel

Buffer緩沖區用來讀寫數據，常見的Buffer

1.ByteBuffer

2.ShortBuffer

3.IntBuffer

4.LongBuffer

5.FloatBuffer

6.DoubleBuffer

7.CharBuffer

2.Selector

​ 在多線程模式下，阻塞IO時，一個線程只能處理一個請求，比如http請求，當請求響應式關閉連接，釋放線程資源。Selector選擇器的作用就是配合一個線程來管理多個Channel，獲取這些Channel上發生的事件，這些Channel工作在非阻塞模式下，不會讓線程一直在一個Channel上，適合連接數特別多，但流量低的場景。

調用Selector的select()方法會阻塞直到Channel發送了讀寫就緒事件，這些事件發生，select()方法就會

返回這些事件交給thread來處理。

三、ByteBuffer的使用

屬性：

Buffer的讀寫操作就是通過改變position，mark，limit的值來實現。注意他們之間的關系可以很輕松的讀、寫、覆蓋。

position：對于寫入模式，表示當前可寫入數據的下標，對于讀取模式，表示接下來可以讀取的數據的下標。當前操作位置的下標。position()方法獲取。 mark：用來標志當前操作位置，調用mark()方法，使mark = position，可以在讀和寫切換過程中標記前一個操作下標位置。 limit：Buffer的限界值。對于寫模式，相當于可寫入的最大值，數組長度。對于讀模式，表示最多可以讀取的數據的位置下標，通過flip()方法進行讀寫切換，原理改變position，mark，limit的值。 capacity：數組容量大小

方法：

Buffer的方法全是根據改變position的值進行操作的。

put()：put方法寫入數據，可以單個byte字節，或者byte數組。或者其它類型，根據Buffer實例而定。 get()：get方法讀取數據，可以傳入byte數組和不傳參讀取一個字節。 mark()：標記當前下標position位置，mark = position 。讀寫操作切換或者特殊要求時，標記當前的下標位置。 reset()：將position 值重置為mark()方法標記的值。 array()：Buffer內數據的byte數組。沒有值的位用0補位。 flip()：limit為position值，將position置為0，mark初始值，寫入操作切換為讀操作。 rewind()：將position 和 mark設為初始值，調用這個可以一直讀取內容或者一直寫入覆蓋之前內容，從第一位開始讀/寫。 clear()：將屬性值還原。之前array()數組的值還在。 hasRemaining()：判斷是否到最后四、測試Demo

private static void buffer1() { String data = 'abc'; //byte[] bytes = new byte[1024]; //創建一個字節緩沖區，1024byte ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(15); System.out.println(byteBuffer.toString()); // 標記當前下標position位置，mark = position ,返回當前對象 System.out.println(byteBuffer.mark()); //對于寫入模式，表示當前可以寫入的數組大小，默認為數組的最大長度，對于讀取模式，表示當前最多可以讀取的數據的位置下標 System.out.println(byteBuffer.limit()); // 對于寫入模式，表示當前可寫入數據的下標，對于讀取模式，表示接下來可以讀取的數據的下標 System.out.println(byteBuffer.position()); //capacity 表示當前數組的容量大小 System.out.println(byteBuffer.capacity()); //將字節數據寫入 byteBuffer byteBuffer.put(data.getBytes()); //保存了當前寫入的數據 for(Byte b : byteBuffer.array()){System.out.print(b + ' '); } System.out.println(); System.out.println(new String(byteBuffer.array())); //讀寫模式切換 改變 limit，position ，mark的值 byteBuffer.flip(); //切換為寫模式，將第一個字節覆蓋 byteBuffer.put('n'.getBytes()); // abc 改為 nbc System.out.println(new String(byteBuffer.array())); //讓position為之前標記的值，調用mark()方法是將mark = position，這里將position = mark，mark為初始值拋出異常 byteBuffer.mark(); byteBuffer.reset(); //將position 和 mark設為初始值，調用這個可以一直讀取內容或者一直寫入覆蓋之前內容，從第一位開始讀/寫 byteBuffer.rewind(); for(Byte b : byteBuffer.array()){System.out.print(b + ' '); } System.out.println(); System.out.println(byteBuffer.toString()); //找到可寫入的開始位置，不覆蓋之前的數據 byteBuffer.compact(); System.out.println(byteBuffer.toString());}

寫入讀取完整操作

private static void buffer(){ //寫入的數據 String data = '1234'; //創建一個字節緩沖區，1024byte ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(15); //寫入數據 byteBuffer.put(data.getBytes()); //打輸出 49 50 51 52 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 println(byteBuffer.array()); byteBuffer.put((byte) 5); //追加寫入 輸出： 49 50 51 52 5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 println(byteBuffer.array()); //覆蓋寫入 byteBuffer.flip(); //將寫入下標的 position = 0 byteBuffer.put((byte) 1); byteBuffer.put((byte) 2); byteBuffer.put((byte) 3); byteBuffer.put((byte) 4); byteBuffer.put((byte) 5); // 打印輸出 ： 1 2 3 4 5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 println(byteBuffer.array()); //讀取數據操作 byteBuffer.flip();//從頭開始讀 while (byteBuffer.position() != byteBuffer.limit()){System.out.println(byteBuffer.get()); } //此時 position 和 數據數 limit相等 System.out.println(byteBuffer.toString()); //批量讀取 byteBuffer.flip(); //將 position 置位0，從頭開始操作 //創建一個byte數組，數組大小為可讀取的大小 byte[] bytes = new byte[byteBuffer.limit()]; byteBuffer.get(bytes); //輸出bytes 1 2 3 4 5 println(bytes);} private static void println(byte[] bytes){ for(Byte b : bytes){ System.out.print(b + ' '); } System.out.println();}

字符串跟ByteBuffer之間的轉換

public static void main(String[] args) { /*======================字符串轉buffer===========================*/ //1.字符串 轉為buytebuffer 需要轉為讀模式再進行讀取操作 ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024); buffer.put('nio'.getBytes()); //2.charset 自動轉為讀模式 ByteBuffer buffer1 = StandardCharsets.UTF_8.encode('nio'); //3, warp 自動轉為讀模式 ByteBuffer buffer2 = ByteBuffer.wrap('nio'.getBytes()); /*======================buffer轉字符串===========================*/ String str = StandardCharsets.UTF_8.decode(buffer1).toString(); System.out.println(str);}五、Channel的使用

文件編程FileChannel

FileChannel只能工作在阻塞模式下，不能配合在Selector使用，Channel是雙向通道，但是FileChannel根據獲取源頭判定可讀或可寫

FileInputStream獲取，只可讀 FileOutputStream獲取，只可寫 RandomAccessFile獲取，可讀、可寫（雙向通道）

** * 文件流對象打開Channel，FileChannel是阻塞的 * @throws Exception */private static void channel() throws Exception{ FileInputStream in = new FileInputStream('C:UserszqqDesktop123.txt'); FileOutputStream out = new FileOutputStream('C:UserszqqDesktop321.txt'); //通過文件輸入流創建通道channel FileChannel channel = in.getChannel(); //獲取FileChannel FileChannel outChannel = out.getChannel(); //創建緩沖區byteBuffer ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024); //將管道channel中數據讀取緩存區byteBuffer中，channel只能與Buffer交互 while (channel.read(byteBuffer) != -1){//position設置為0，從頭開始讀byteBuffer.flip();outChannel.write(byteBuffer);//byteBuffer 屬性還原byteBuffer.clear(); } //關閉各種資源 channel.close(); out.flush(); out.close(); in.close(); out.close();}

/** * 靜態方法打開Channel * @throws Exception */public static void channel1() throws Exception{ // StandardOpenOption.READ ：讀取一個已存在的文件，如果不存在或被占用拋出異常 // StandardOpenOption.WRITE ：以追加到文件頭部的方式，寫入一個已存在的文件，如果不存在或被占用拋出異常 // StandardOpenOption.APPEND：以追加到文件尾部的方式，寫入一個已存在的文件，如果不存在或被占用拋出異常 // StandardOpenOption.CREATE：創建一個空文件，如果文件存在則不創建 // StandardOpenOption.CREATE_NEW：創建一個空文件，如果文件存在則報錯 // StandardOpenOption.DELETE_ON_CLOSE：管道關閉時刪除文件 //創建讀通道 FileChannel inChannel = FileChannel.open(Paths.get('C:UserszqqDesktop123.txt'), StandardOpenOption.READ); FileChannel outChannel = FileChannel.open(Paths.get('C:UserszqqDesktop321.txt'), StandardOpenOption.READ,StandardOpenOption.WRITE,StandardOpenOption.CREATE); //內存映射 MappedByteBuffer inByteBuffer = inChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY,0,inChannel.size()); MappedByteBuffer outByteBuffer = outChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE,0,inChannel.size()); //直接對緩沖區數據讀寫 byte[] bytes = new byte[inByteBuffer.limit()]; inByteBuffer.get(bytes);//讀取inByteBuffer內的數據,讀到bytes數組中 outByteBuffer.put(bytes);//寫入到outByteBuffer inChannel.close(); outChannel.close();}

RandomAccessFile打開通道Channel

/** * 通過RandomAccessFile獲取雙向通道 * @throws Exception */private static void random() throws Exception{ try (RandomAccessFile randomAccessFile = new RandomAccessFile('D:workspaceDemotest.txt','rw')){//獲取ChannelFileChannel fileChannel = randomAccessFile.getChannel();//截取字節//fileChannel.truncate(10);//創建ByteBuffer，注意文件大小ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);fileChannel.read(byteBuffer);System.out.println(new String(byteBuffer.array(),'GBK'));byteBuffer.clear();String data = 'this is datar';byteBuffer.put(data.getBytes());byteBuffer.flip();//讀寫切換while (byteBuffer.hasRemaining()){ fileChannel.write(byteBuffer);}//將通道數據強制寫到磁盤fileChannel.force(true); }}

FileChannel數據傳輸transferTo

/** * 一個文件向另一個文件傳輸（copy） */private static void transferTo() { try ( FileChannel inChannel = new FileInputStream('C:Users44141Desktopdemoin.txt').getChannel(); FileChannel outChannel = new FileOutputStream('C:Users44141Desktopdemoout.txt').getChannel() ){//底層使用操作系統零拷貝進行優化，效率高。限制2ginChannel.transferTo(0,inChannel.size(),outChannel); }catch (Exception e){e.printStackTrace(); }}/** * 大于2g數據 */private static void transferToGt2g() { try ( FileChannel inChannel = new FileInputStream('C:Users44141Desktopdemoin.txt').getChannel(); FileChannel outChannel = new FileOutputStream('C:Users44141Desktopdemoout1.txt').getChannel() ){//記錄inChannel初始化大小long size = inChannel.size();//多次傳輸for(long rsize = size; rsize > 0;){ //transferTo返回位移的字節數 rsize -= inChannel.transferTo((size-rsize),rsize,outChannel);} }catch (Exception e){e.printStackTrace(); }}六、網絡編程

阻塞模式

阻塞模式服務端每個方法都會阻塞等待客戶端操作。比如accept()方法阻塞等待客戶端連接，read()方法阻塞等待客戶端傳送數據，并發訪問下沒法高效的進行工作。

1.服務端代碼

private static void server() throws Exception{ //1.創建服務器 ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open(); //2.綁定監聽端口 serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080)); while (true){System.out.println('開始監聽連接=============' );//4.accept 監聽進來的連接 返回SocketChannel對象,accept默認阻塞SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();System.out.println('有連接連入===============' );ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);// read()是阻塞方法，等客戶端發送數據才會執行socketChannel.read(byteBuffer);byteBuffer.flip();String str = StandardCharsets.UTF_8.decode(byteBuffer).toString();System.out.println('接收到數據=============：' + str); }}

2.客戶端代碼

private static void client() throws Exception { //1.創建客戶端 SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(); //連接服務端 socketChannel.connect(new InetSocketAddress('localhost',8080)); //2 秒后寫入數據 Thread.sleep(2 * 1000); socketChannel.write(StandardCharsets.UTF_8.encode('nio')); System.out.println();}

非阻塞模式

服務端設置成非阻塞模式。客戶端不用動。

private static void server() throws Exception{ ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open(); //設置成非阻塞模式 serverSocketChannel.configureBlocking(false); serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080)); while (true){SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();//非阻塞模式下，SocketChannel會返回為nullif(socketChannel != null){ //非阻塞模式 socketChannel.configureBlocking(false); ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024); socketChannel.read(byteBuffer); byteBuffer.flip(); String str = StandardCharsets.UTF_8.decode(byteBuffer).toString(); System.out.println('接收到數據=============：' + str);} }}七、Selector

Selector選擇器的作用就是配合一個線程來管理多個Channel，被Selector管理的Channel必須是非阻塞模式下的，所以Selector沒法與FileChannel（FileChannel只有阻塞模式）一起使用。

創建Selector

創建Selector只需要調用一個靜態方法

//創建SelectorSelector selector = Selector.open();

Selector可以用來監聽Channel的事件，總共有四個事件：

accept：會在有連接請求時觸發，靜態常量 SelectionKey.OP_ACCEPT connect：客戶端建立連接后觸發，靜態常量 SelectionKey.OP_CONNECT read：可讀時觸發，靜態常量 SelectionKey.OP_READ write：可寫時觸發，靜態常量 SelectionKey.OP_WRITE

Selector與Channel綁定

//設置成非阻塞模式serverSocketChannel.configureBlocking(false);SelectionKey selectionKey = serverSocketChannel.register(selector,0,null);//綁定關注的事件selectionKey.interestOps(SelectionKey.OP_ACCEPT);八、網絡編程（多路復用）

1.客戶端代碼 SocketChannel

public static void main(String[] args) throws Exception { client();}private static void client() throws Exception { //1.創建客戶端 SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(); //連接服務端 socketChannel.connect(new InetSocketAddress('localhost',8080)); //2 秒后寫入數據 Thread.sleep(2 * 1000); socketChannel.write(StandardCharsets.UTF_8.encode('nio')); //3.讀取服務端返回數據 ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024); socketChannel.read(byteBuffer); byteBuffer.flip(); System.out.println('服務端返回數據=======：' + StandardCharsets.UTF_8.decode(byteBuffer).toString()); //斷開連接 socketChannel.close();}

2.服務端代碼

public static void main(String[] args) throws Exception{ server();}private static void server() throws Exception{ //創建Selector Selector selector = Selector.open(); ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open(); //設置成非阻塞模式 serverSocketChannel.configureBlocking(false); //將Channel注冊到selector上（綁定關系） //當事件發生后可以根據SelectionKey知道哪個事件和哪個Channel的事件 SelectionKey selectionKey = serverSocketChannel.register(selector,0,null); //selectionKey 關注ACCEPT事件（也可以在上面注冊時用第二個參數設置） selectionKey.interestOps(SelectionKey.OP_ACCEPT); serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080)); while (true){System.out.println('阻塞====================');// select方法沒有事件發生時阻塞線程，有事件線程會恢復運行selector.select();System.out.println('開始處理事件=================');// 處理事件Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator();while (iterator.hasNext()){ SelectionKey sk = iterator.next(); //獲取到SelectionKey對象之后，將集合內的引用刪掉（Selecotr不會自動刪除） iterator.remove(); //取消事件，不操作（不處理或者不取消事件，selector.select()方法不會阻塞） //sk.cancel(); //區分不同的事件做不同的動作 if(sk.isAcceptable()){ //有連接請求事件//通過SelectionKey 獲取對應的channelServerSocketChannel channel = (ServerSocketChannel) sk.channel();SocketChannel socketChannel = channel.accept();socketChannel.configureBlocking(false);//讀取數據內容,bytebuffer大小注意消息邊界（一個字符串被分割讀取多次出來結果不準確）ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);//將socketChannel綁定SelectorSelectionKey socketKey = socketChannel.register(selector,0,byteBuffer);//關注可讀事件socketKey.interestOps(SelectionKey.OP_READ); }else if(sk.isReadable()){//可讀事件try { //取到Channel SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) sk.channel(); //獲取到綁定的ByteBuffer ByteBuffer byteBuffer = (ByteBuffer) sk.attachment(); int read = socketChannel.read(byteBuffer); //如果是正常斷開 read = -1 if(read == -1){//取消事件sk.cancel();continue; } byteBuffer.flip(); String str = StandardCharsets.UTF_8.decode(byteBuffer).toString(); System.out.println('服務端讀取到數據===========：' + str); //寫數據回客戶端 ByteBuffer writeBuffer = StandardCharsets.UTF_8.encode('this is result'); socketChannel.write(writeBuffer); //如果數據一次沒寫完關注可寫事件進行再次寫入（大數據一次寫不完的情況） if(writeBuffer.hasRemaining()){//關注可寫事件，添加事件，用interestOps()方法獲取到之前的事件加上可寫事件（類似linux系統的賦權限 777）sk.interestOps(sk.interestOps() + SelectionKey.OP_WRITE);sk.attach(writeBuffer);//位運算符也可以//sk.interestOps(sk.interestOps() | SelectionKey.OP_WRITE); }}catch (IOException e){ e.printStackTrace(); //客戶端異常斷開連接 ，取消事件 sk.cancel();} }else if(sk.isWritable()){//取到ChannelSocketChannel socketChannel = (SocketChannel) sk.channel();//獲取到綁定的ByteBufferByteBuffer writeBuffer = (ByteBuffer) sk.attachment();socketChannel.write(writeBuffer);//如果全部寫完，取消可寫事件綁定，解除writeBuffer綁定if(!writeBuffer.hasRemaining()){ sk.attach(null); //取消可寫事件 sk.interestOps(sk.interestOps() - SelectionKey.OP_WRITE);} }} }}

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