NIO非阻塞网络编程三大核心理念

本次开始NIO网络编程，之前已经说过BIO，对于阻塞IO里面的问题一定有了清晰的认识，在JDK1.4版本后，提供了新的JAVA IO操作非阻塞API，用意替换JAVA IO 和JAVA NetWorking相关的API。NIO其实有个名称叫new IO。

（一）NIO

介绍

java.nio全称java non-blocking IO（实际上是 new io），是指JDK 1.4 及以上版本里提供的新api（New IO） ，为所有的原始类型（boolean类型除外）提供缓存支持的数据容器，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。

三大核心组件

高性能网络编程的基础组件，Buffer缓存区、Channel 通道、Selector 选择器。

（二） Buffer缓存区

介绍

缓存区本质上是一个可以写入数据的内存块（类似数组），然后可以再次读取。此内存块包含在NIO Buffer 对象中，该对象提供了一组方法，可以更轻松地使用内存块。

相比较直接对数组的操作。Buffer API 更加容易操作和管理。

使用Buffer进行数据写入与读取，需要进行如下四个步骤

将数据写入缓冲区。

调用buffer.flip()，转换为读取模式。

缓冲区读取数据。

调用buffer.clear() 或 buffer.compact() 消除缓冲区

Buffer工作原理

BUffer三个重要属性，通过完成了数组的封装。

1.capacity 容量：作为一个内存块，Buffer具有一定的固定大小，也称为【容量】。

2.position 位置：写入模式时代表写数据的位置。读取模式时代表读取数据的位置。

3.limit 限制：写入模式，限制等于buffer的容量，读取模式下，limit等于写入的数据量。

源码

ByteBuffer 内存类型

ByteBuffer 为性能关键型代码提供了直接内存（direct堆外）和非直接内存（heap堆）两种实现，堆外内存获取的方式

好处

进行网络IO 或者 文件IO时比heapBuffer 少一次拷贝，（file/socket —— OS memory —— jvm heap ）GC会移动对象内存，在写file 或 socket的过程中，JVM的实现中，会先把数据复制到堆外，在进行写入。

GC范围之外，降低GC压力，但实现了自动管理。DirectByteBuffer 中 有一个Cleaner 对象（PhantomReference） ，Cleaner被GC前会执行clean 方法，触发DirectByteBuffer 中定义Deallocator

建议

性能确实可观的时候才去使用，分配给大型，长寿命（网络传输，文件读写场景）

通过虚拟机参数MaxDirectMemorySize限制大小，防止耗尽整个机器的内存，在JVM之外的内存无法监控。

（三）Channel 通道

介绍

Channel的API 涵盖了UDP、TCP网络和文件IO，FileChannel，DatagramChannel，SocketChannel，ServerSocketChannel。

和标准IO Stream操作的区别

在一个通道内进行读取和写入stream通常是单向的（input 或 output），可以非堵塞读取和写入通道，通道中读取或写入缓冲区。

SocketChannel

SocketChannel用于建立TCP网络连接，类似java.net.Socket。有两种创建socketChannel形式

1.客户端主动发起和服务器的连接

2.服务器获取的新连接

write写

在尚未写入任何内容时可能就返回了。需要在循环中调用write()

read读

read() 方法可能直接返回而根本不读取任何数据，根据返回的int值判断读取了多少字节。

ServerSocketChannel

ServerSocketChannel 可能监听新建立的TCP连接通道，类似ServerSocket。

ServerSocketChannel.accepta()

如果该通道处于飞度赛模式，那么如何没有挂起的连接，该方法将立即返回null。必须检查返回的SocketChannel是否为null。

源码

（四）Select选择器

介绍

Selector 是一个Java NIO 组件，可以检查一个或多个NIO通道，并确定哪些通道已准备好进行读取或写入，实现单个线程可以管理多个通道，从而管理或多个网络连接。

selector 监听多个 channel的不同事件

Connect 连接（SelectionKey.OP_CONNECT）

Accept 准备就绪（OP_ACCEPT）

Read 读取（OP_READ）

Write 写入（OP_WRITE）

selector 选择器

一个线程处理多个通道的核心概念理解：事件驱动机制。

非堵塞的网络通道下，开发者通过Selector注册对于通道感兴趣的事件类型，线程通过监听事件来触发响应的代码执行（最底层hi操作系统的多路复用机制）

源码

NIO 和 BIO 的区别

NIO Reactor的方式

PS：NIO为开发者提供了功能丰富及强大的IO处理API，但是在应用开发的过程中，直接使用JDK提供的API，比较繁琐，而且要想将性能进行提升，光有NIO还是不够的，还需要将多线程技术与之结合起来。因为网络编程本身的复杂性，以及JDK API开发的使用难度较高，所以开源社区中，涌出来很多的JDK NIO进行封装了，增强后的网络编程框架，例如：Netty、Mina等。