目录
- 一、Java思维导图
- 二、I/O模型
- 三、BIO、NIO、AIO应用场景
- 四、BIO编程简单流程
- 五、NIO核心
- 六、BIO与NIO比较
- 七、NIO 三大核心原理示意图
- 八、缓冲区（buffer）
- 1、常用Buffer子类一览
- 2、buffer四大属性
- 3、buffer常用api
- 九、通道（channel）
- 1、基本介绍
- 2、FileChannel
- 3、关于Buffer 和 Channel的注意事项和细节
- 十、Selector(选择器)
- 1、基本介绍
- 2、selector的相关方法
- 3、注意事项
- 十一、通过NIO实现简单的服务端客户端通信
- 1、服务端
- 2、客户端
- 3、控制台输出
- 十二、我愿称你为最强
- 十三、关注公众号哪吒编程，回复1024，获取Java学习资料，还有不定期的送书活动
一、Java思维导图
二、I/O模型
I/O模型的本质是用什么样的通道进行数据的发送和接收，很大程度上决定了程序通信的性能。
Java共支持三种网络编程模型：BIO、NIO、AIO
- BIO：同步并阻塞，服务实现模式为一个连接一个线程，即客户端有一个连接请求时，服务端就需要启动一个线程进行处理。
- NIO： 同步非阻塞，服务器实现模式为一个线程处理多个请求连接，即客户端发送的请求都会注册到多路复用器上，多路复用器轮询到连接有I/O请求就进行处理。
- AIO：异步非阻塞，AIO引入异步通道的概念，采用了Proactor模式，简化了程序编写，有效的请求才启动线程，它的特点是先由操作系统完成后才通知服务端。
三、BIO、NIO、AIO应用场景
- BIO方式适用于连接数目比较小且固定的架构，这种方式对服务器资源要求比较高， 并发局限于应用中，JDK1.4以前的唯一选择，但程序简单易理解。
- NIO方式适用于连接数目多且连接比较短（轻操作）的架构，比如聊天服务器，弹幕 系统，服务器间通讯等。编程比较复杂，JDK1.4开始支持。
- AIO方式使用于连接数目多且连接比较长（重操作）的架构，比如相册服务器，充分 调用OS参与并发操作，编程比较复杂，JDK7开始支持
四、BIO编程简单流程
- 服务器端启动一个ServerSocket；
- 客户端启动Socket对服务器进行通 信，默认情况下服务器端需要对每 个客户 建立一个线程与之通讯；
- 客户端发出请求后, 先咨询服务器 是否有线程响应，如果没有则会等 待，或者被拒绝；
- 如果有响应，客户端线程会等待请 求结束后，在继续执行；
五、NIO核心
NIO 有三大核心部分：Selector(选择器)、Channel(通道)、Buffer(缓冲区)。
NIO是面向缓冲区，或者说面向块编程，数据读取到一个 它稍后处理的缓冲区，需要时可在缓冲区中前后移动，这就 增加了处理过程中的灵活性，使用它可以提供非阻塞式的高伸缩性网络。
HTTP2.0使用了多路复用的技术，做到同一个连接并发处理多个请求，而且并发请求 的数量比HTTP1.1大了好几个数量级。
简而言之，NIO可以一个线程处理多个请求。
六、BIO与NIO比较
- BIO 以流的方式处理数据,而 NIO 以块的方式处理数据,块 I/O 的效率比流 I/O 高很多；
- BIO 是阻塞的，NIO 则是非阻塞的；
- BIO基于字节流和字符流进行操作，而 NIO 基于 Channel(通道)和 Buffer(缓冲区)进 行操作，数据总是从通道读取到缓冲区中，或者从缓冲区写入到通道中。Selector(选择器)用于监听多个通道的事件（比如：连接请求，数据到达等），因 此使用单个线程就可以监听多个客户端通道。
七、NIO 三大核心原理示意图
流程图说明：
- Selector 对应一个线程， 一个线程对应多个channel(连接)；
- 该图反应了有三个channel 注册到 该selector //程序；
- 每个channel 都会对应一个Buffer；
- 程序切换到哪个channel 是有事件决定的, Event 就是一个重要的概念；
- Selector 会根据不同的事件，在各个通道上切换；
- Buffer 就是一个内存块 ， 底层是有一个数组；
- 数据的读取写入是通过Buffer, 这个和BIO , BIO 中要么是输入流，或者是 输出流, 不能双向，但是NIO的Buffer 是可以读也可以写, 需要 flip 方法切换；
- channel 是双向的, 可以返回底层操作系统的情况, 比如Linux ， 底层的操作系统 通道就是双向的；
八、缓冲区（buffer）
缓冲区本质上是一个可以读写数据的内存块，可以理解成是一个 容器对象(含数组)，该对象提供了一组方法，可以更轻松地使用内存块，，缓冲区对 象内置了一些机制，能够跟踪和记录缓冲区的状态变化情况。Channel 提供从文件、 网络读取数据的渠道，但是读取或写入的数据都必须经由 Buffer。
在 NIO 中，Buffer 是一个顶层父类，它是一个抽象类。
1、常用Buffer子类一览
- ByteBuffer，存储字节数据到缓冲区；
- ShortBuffer，存储字符串数据到缓冲区；
- CharBuffer，存储字符数据到缓冲区；
- IntBuffer，存储整数数据到缓冲区；
- LongBuffer，存储长整型数据到缓冲区；
- DoubleBuffer，存储小数到缓冲区；
- FloatBuffer，存储小数到缓冲区；
2、buffer四大属性
- mark：标记
- position：位置，下一个要被读或写的元素的索引， 每次读写缓冲区数据时都会改变改值， 为下次读写作准备。
- limit：表示缓冲区的当前终点，不能对缓冲区 超过极限的位置进行读写操作。且极限 是可以修改的
- capacity：容量，即可以容纳的最大数据量；在缓 冲区创建时被设定并且不能改变。
3、buffer常用api
JDK1.4时，引入的api
- public final int capacity( )//返回此缓冲区的容量
- public final int position( )//返回此缓冲区的位置
- public final Buffer position (int newPositio)//设置此缓冲区的位置
- public final int limit( )//返回此缓冲区的限制
- public final Buffer limit (int newLimit)//设置此缓冲区的限制
- public final Buffer mark( )//在此缓冲区的位置设置标记
- public final Buffer reset( )//将此缓冲区的位置重置为以前标记的位置
- public final Buffer clear( )//清除此缓冲区, 即将各个标记恢复到初始状态，但是数据并没有真正擦除, 后面操作会覆盖
- public final Buffer flip( )//反转此缓冲区
- public final Buffer rewind( )//重绕此缓冲区
- public final int remaining( )//返回当前位置与限制之间的元素数
- public final boolean hasRemaining( )//告知在当前位置和限制之间是否有元素
- public abstract boolean isReadonly( );//告知此缓冲区是否为只读缓冲区
JDK1.6时引入的api
- public abstract boolean hasArray();//告知此缓冲区是否具有可访问的底层实现数组
- public abstract Object array();//返回此缓冲区的底层实现数组
- public abstract int arrayOffset();//返回此缓冲区的底层实现数组中第一个缓冲区元素的偏移量
- public abstract boolean isDirect();//告知此缓冲区是否为直接缓冲区
九、通道（channel）
1、基本介绍
（1）NIO的通道类似于流
- 通道可以同时进行读写，而流只能读或者只能写；
- 通道可以实现异步读写数据
- 通道可以从缓冲读数据，也可以写数据到缓冲
（2）BIO 中的 stream 是单向的，例如 FileInputStream 对 象只能进行读取数据的操作，而 NIO 中的通道 (Channel)是双向的，可以读操作，也可以写操作。
（3）Channel在NIO中是一个接口
（4）常用的 Channel 类有：FileChannel、 DatagramChannel、ServerSocketChannel 和 SocketChannel。ServerSocketChanne 类似 ServerSocket , SocketChannel 类似 Socket。
（5）FileChannel 用于文件的数据读写， DatagramChannel 用于 UDP 的数据读写， ServerSocketChannel 和 SocketChannel 用于 TCP 的数据读写。
2、FileChannel
FileChannel主要用来对本地文件进行 IO 操作，常见的方法有：
- read，从通道读取数据并放到缓冲区中
- write，把缓冲区的数据写到通道中
- transferFrom，从目标通道 中复制数据到当前通道
- transferTo，把数据从当 前通道复制给目标通道
3、关于Buffer 和 Channel的注意事项和细节
- ByteBuffer 支持类型化的put 和 get, put 放入的是什么数据类型，get就应该使用 相应的数据类型来取出，否则可能有 BufferUnderflowException 异常。
- 可以将一个普通Buffer 转成只读Buffer。
- NIO 还提供了 MappedByteBuffer， 可以让文件直接在内存（堆外的内存）中进 行修改， 而如何同步到文件由NIO 来完成。
- NIO 还支持 通过多个 Buffer (即 Buffer 数组) 完成读写操作，即 Scattering 和 Gathering。
十、Selector(选择器)
1、基本介绍
- Java 的 NIO，用非阻塞的 IO 方式。可以用一个线程，处理多个的客户端连 接，就会使用到Selector(选择器)。
- Selector 能够检测多个注册的通道上是否有事件发生，如果有事件发生，便获取事件然 后针对每个事件进行相应的处理。这样就可以只用一个单线程去管理多个 通道，也就是管理多个连接和请求。
- 只有在 连接/通道 真正有读写事件发生时，才会进行读写，就大大地减少 了系统开销，并且不必为每个连接都创建一个线程，不用去维护多个线程。
- 避免了多线程之间的上下文切换导致的开销。
2、selector的相关方法
- open();//得到一个选择器对象
- select(long timeout);//监控所有注册的通道，当其 中有 IO 操作可以进行时，将 对应的 SelectionKey 加入到内部集合中并返回，参数用来 设置超时时间
- selectedKeys();//从内部集合中得 到所有的 SelectionKey。
3、注意事项
NIO中的 ServerSocketChannel功能类似ServerSocket，SocketChannel功能类 似Socket。
十一、通过NIO实现简单的服务端客户端通信
1、服务端
package com.nezha.guor.nio;import java.io.IOException;import java.net.InetSocketAddress;import java.nio.ByteBuffer;import java.nio.channels.*;import java.util.Iterator;public class NioServer { private Selector selector; private ServerSocketChannel serverSocketChannel; private static final int PORT = 8080; public NioServer() { try { //获得选择器 selector = Selector.open(); serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open(); //绑定端口 serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(PORT)); //设置非阻塞模式 serverSocketChannel.configureBlocking(false); //将该ServerSocketChannel 注册到selector serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); }catch (IOException e) { System.out.println("NioServer error:"+e.getMessage()); } } public void listen() { System.out.println("监听线程启动: " + Thread.currentThread().getName()); try { while (true) { int count = selector.select(); if(count > 0) { //遍历得到selectionKey集合 Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator(); while (iterator.hasNext()) { SelectionKey key = iterator.next(); if(key.isAcceptable()) { SocketChannel sc = serverSocketChannel.accept(); sc.configureBlocking(false); sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ); System.out.println(sc.getRemoteAddress() + " 上线 "); } //通道发送read事件，即通道是可读的状态 if(key.isReadable()) { getDataFromChannel(key); } //当前的key 删除，防止重复处理 iterator.remove(); } } else { System.out.println("等待中"); } } }catch (Exception e) { System.out.println("listen error:"+e.getMessage()); } } private void getDataFromChannel(SelectionKey key) { SocketChannel channel = null; try { channel = (SocketChannel) key.channel(); ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024); int count = channel.read(buffer); //根据count的值做处理 if(count > 0) { String msg = new String(buffer.array()); System.out.println("来自客户端: " + msg); //向其它的客户端转发消息(排除自己) sendInfoToOtherClients(msg, channel); } }catch (IOException e) { try { System.out.println(channel.getRemoteAddress() + " 离线了"); //取消注册 key.cancel(); }catch (IOException ex) { System.out.println("getDataFromChannel error:"+ex.getMessage()); } }finally { try { channel.close(); }catch (IOException ex) { System.out.println("channel.close() error:"+ex.getMessage()); } } } //转发消息给其它客户(通道) private void sendInfoToOtherClients(String msg, SocketChannel self ) throws IOException{ System.out.println("服务器转发消息中..."); System.out.println("服务器转发数据给客户端线程: " + Thread.currentThread().getName()); //遍历 所有注册到selector 上的 SocketChannel,并排除 self for(SelectionKey key: selector.keys()) { Channel targetChannel = key.channel(); //排除自己 if(targetChannel instanceof SocketChannel && targetChannel != self) { SocketChannel dest = (SocketChannel)targetChannel; //将信息存储到buffer ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(msg.getBytes()); //将buffer数据写入通道 dest.write(buffer); } } } public static void main(String[] args) { //创建服务器对象 NioServer nioServer = new NioServer(); nioServer.listen(); }}2、客户端
package com.nezha.guor.nio;import java.io.IOException;import java.net.InetSocketAddress;import java.nio.ByteBuffer;import java.nio.channels.SelectionKey;import java.nio.channels.Selector;import java.nio.channels.SocketChannel;import java.util.Iterator;import java.util.Scanner;public class NioClient { private final int PORT = 8080; //服务器端口 private Selector selector; private SocketChannel socketChannel; private String username; public NioClient() throws IOException { selector = Selector.open(); socketChannel = socketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1", PORT)); //设置非阻塞 socketChannel.configureBlocking(false); //将channel注册到selector socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ); username = socketChannel.getLocalAddress().toString().substring(1); System.out.println(username + " is ok..."); } //向服务器发送消息 public void sendInfo(String info) { info = username + " 说：" + info; try { socketChannel.write(ByteBuffer.wrap(info.getBytes())); }catch (IOException e) { System.out.println("sendInfo error:"+e.getMessage()); } } //读取从服务器端回复的消息 public void readInfo() { try { int readChannels = selector.select(); if(readChannels > 0) { Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator(); while (iterator.hasNext()) { SelectionKey key = iterator.next(); if(key.isReadable()) { //得到相关的通道 SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel(); //得到一个Buffer ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024); //读取 sc.read(buffer); //把读到的缓冲区的数据转成字符串 String msg = new String(buffer.array()); System.out.println(msg.trim()); } } iterator.remove(); //删除当前的selectionKey, 防止重复操作 } else { System.out.println("没有可以用的通道..."); } }catch (Exception e) { System.out.println("readInfo error:"+e.getMessage()); } } public static void main(String[] args) throws Exception { NioClient nioClient = new NioClient(); new Thread() { public void run() { while (true) { nioClient.readInfo(); try { Thread.currentThread().sleep(2000); }catch (InterruptedException e) { System.out.println("sleep error:"+e.getMessage()); } } } }.start(); //发送数据给服务器端 Scanner scanner = new Scanner(System.in); while (scanner.hasNextLine()) { nioClient.sendInfo(scanner.nextLine()); } }}3、控制台输出
十二、我愿称你为最强
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