JAVA NIO学习笔记1 - 架构简介

电玩女神 2021-09-16 13:20 304阅读 0赞

最近项目中遇到不少NIO相关知识，之前对这块接触得较少，算是我的一个盲区，打算花点时间学习，简单做一点个人学习总结。

##  简介 ##

NIO（New IO）是JDK1.4以后推出的全新IO API，相比传统IO方式NIO采用了全新的底层I/O模型。传统IO的设计概念是面向流，而NIO则是面向块。简单点说，传统I/O是基于字节的，所有I/O都被视为单个字节的移动，使用时需先把对象转换为字节码；而NIO是面向块的，以块为单位处理数据，每个操作会生成或消费一个块的数据。从设计理念来看，NIO的操作粒度要比传统IO大很多，采用这种方式性能有很大提高，但也牺牲了java操作的优雅和简洁。

##  架构 ##

Java NIO 由以下三个核心模块组成：

*  Selector
 *  Channel
 *  Buffer

[![selector\_2016\_10\_29\_2\_17\_48\_shanbiao\_jsb][selector_2016_10_29_2_17_48_shanbiao_jsb]][selector_2016_10_29_2_17_48_shanbiao_jsb]

##  Selector ##

线程的花销很大，selector帮助开发者突破IO的瓶颈，它提供了单线程处理多个 Channel的机制。如果你的应用打开了多个连接（通道），但每个连接的流量都很低，使用Selector就会很方便。

这是在一个单线程中使用一个Selector处理3个Channel的图示：

[![overview\_selectors][overview_selectors]][overview_selectors]

要使用Selector，得先向Selector注册Channel，然后调用它的select()方法。这个方法会一直阻塞到某个注册的通道有事件就绪。一旦这个方法返回，线程就可以处理这些事件，事件的例子有如新连接进来，数据接收等。

使用Selector，先得向Selector注册Channel，然后调用它的select()方法，这个方法会一直阻塞直到某个注册的通道有事件就绪。一旦这个方法返回，线程就可以处理这些事件。

##  Channel ##

Channel是一个对象，可以通过它读取和写入数据，所有的IO在NIO中都从一个Channel 开始。Channel中的数据要么写入Buffer，要么从Buffer读取。拿 NIO 与原来的 I/O 做个比较，Channel就像是流。所有数据都通过Buffer对象来处理，NIO不会将字节直接写入通道中，相反，它是将数据写入包含一个或者多个字节的缓冲区。同样，您不会直接从通道中读取字节，而是将数据从通道读入缓冲区，再从缓冲区获取这个字节。  
通道与流的不同之处在于通道是双向的，而流只是在一个方向上移动(一个流必须是 InputStream 或者 OutputStream 的子类)， 而 通道可以用于读、写或者同时用于读写。因此，通道可以比流更好地反映底层操作系统的真实情况。特别是在UNIX模型中，底层操作系统通道是双向的。

常用的Channel:

*  FileChannel：File
 *  DatagramChannel：UDP
 *  ScoketChannel：TCP
 *  ServerSocketChannel：监听TCP连接

##  Buffer ##

Buffer与Channel的关系如下图：

[![scatter][]][scatter]

Buffer也是NIO的一个亮点，传统的IO操作面向数据流，意味着每次从流中读一个或多个字节，直至完成，数据没有被缓存在任何地方。NIO操作面向缓冲区，数据从Channel读取到Buffer缓冲区，随后在Buffer中处理数据。

Buffer其实就是一块缓存区，内部使用字节数组存储数据，并维护几个特殊变量，实现数据的反复利用。

目前Buffer的实现类有以下几种：

*  ByteBuffer
 *  CharBuffer
 *  DoubleBuffer
 *  FloatBuffer
 *  IntBuffer
 *  LongBuffer
 *  ShortBuffer
 *  MappedByteBuffer

这些都是抽象类，针对各自的应用场景，下面又有很多子类，功能强大。

##  思考总结 ##

一般我们在工作中遇到NIO相关的场景时，大多都有封装好的三方库，但并不是说就没必要了解其实现原理，知其然而不知其所以然用着也会心虚。

另外，学习优秀的开源项目是提升个人能力的一个有效方法，研究源码可以从以下几个点入手（个人认为）：

*  架构文档 （在脑中建立框架图）
 *  示例代码与单元测试（知道具体接口使用细节）
 *  具体模块实现代码（数据结构 - public方法 - private方法）

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[overview_selectors]: /images/20210720/61b8deb412c644e5b6550d33c56ad1ab.png
[scatter]: /images/20210720/0a3fd8d646a846a181a017d5f871adc7.png