一、Channel

1.1 Channel 和 Stream 的区别

• Channel 是可读切可写的，Stream 只可读或可写
• Channel 可异步读写
• Channel 总是从 Buffer 中读写

Channel 常用的实现类：FileChannel、DatagramChannel（UDP）、SocketChannel（TCP）、ServerSocketChannel（TCP）

1.2 Transfers

• transferFrom()：transferFrom(ReadableByteChannel src, long position, long count)
• transferTo()：transferTo(long position, long count, WritableByteChannel target)

二、Buffer

2.1 使用 Buffer 读写数据步骤

1. 将数据写入 Buffer
2. 调用 flip() 方法，从写模式切换到读模式
3. 从 Buffer 中读数据
4. 调用 clear() 或 compact 方法，清空 Buffer

2.2 Buffer 3 个重要属性

• capacity：Buffer 分配内存大小
• position：
  • 写模式：初始为 0，随着数据被写入 Buffer 会指向下一个将要写入数据的位置
  • 读模式：当从写模式切换到读模式，指向 0 位置，随着数据从 Buffer 中读取会指向下一个将要读取数据的位置
• limit：
  • 写模式：可以将多少数据写入 Buffer，写模式下等于 capacity
  • 读模式：当从写模式切换到读模式，表示 Buffer 中还有多少数据可以读取，因此读模式下等于 position

关系：position <= limit <= capacity

2.3 读写数据

向 Buffer 中写数据：

1. 从 Channel 向 Buffer 中写数据，例如：int bytesRead = inChannel.read(buf);
2. 自定义向 Buffer 中写数据，例如：buf.put(127);

从 Buffer 中读数据：

1. 将 Buffer 中的数据写入 Channel，例如：int bytesWritten = inChannel.write(buf);
2. 通过 get() 方法获取，例如：byte aByte = buf.get();

2.4 一些方法

flip()：从写模式切换到读模式

    public final Buffer flip() {
        limit = position;
        position = 0;
        mark = -1;
        return this;
    }

rewind()：重置 position 属性为 0，可以重新读取 Buffer 中的内容

    public final Buffer rewind() {
        position = 0;
        mark = -1;
        return this;
    }

clear()：清空 Buffer 数据，可用于后续数据读入，此时 piositoin = 0，limit = capacity，PS：数据并非真正的被清空，只是重置一些属性用于表明 Buffer 可再次写入数据

    public final Buffer clear() {
        position = 0;
        limit = capacity;
        mark = -1;
        return this;
    }

compact()：将 Buffer 中未读的数据复制到 Buffer 头，此时 position = capacity - position，limit = capacity

HeapByteBuffer 代码如下：

    public ByteBuffer compact() {

        System.arraycopy(hb, ix(position()), hb, ix(0), remaining());
        position(remaining());
        limit(capacity());
        discardMark();
        return this;
    }

    public final int remaining() {
        return limit - position;
    }

mark() & reset()：通过 mark() 进行标记，调用 reset() 方法时回到标记位置

    public final Buffer mark() {
        mark = position;
        return this;
    }

    public final Buffer reset() {
        int m = mark;
        if (m < 0)
            throw new InvalidMarkException();
        position = m;
        return this;
    }

Scatter & Gather samples

    // Scatter：多个 Buffer 读取一个 Channel
    ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(128);
    ByteBuffer body   = ByteBuffer.allocate(1024);
    ByteBuffer[] bufferArray = { header, body };
    channel.read(bufferArray);

    // Gather：将多个 Buffer 中的数据写入一个 Channel
    ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(128);
    ByteBuffer body   = ByteBuffer.allocate(1024);
    Byt);eBuffer[] bufferArray = { header, body };
    channel.write(bufferArray

三、Selector

使用 Selector 只需要一个线程就可以处理多个 Channel，PS：如果 CPU 是多核的，在没有多任务同时执行的情况下，甚至会浪费 CPU 内核资源

在使用 Selector 时 Channel 必须是非阻塞的，这意味着 FileChannel 不支持 Selector，因为它是阻塞的，Socket Channel 可以很好的支持

图片来源：Java NIO Selector

可以通过如下方式创建一个 Selector 并注册 Channel：

    Selector selector = Selector.open();

    channel.configureBlocking(false);
    SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

3.1 Channel 事件类型

• Connect：SelectionKey.OP_CONNECT
• Accept：SelectionKey.OP_ACCEPT
• Read：SelectionKey.OP_READ
• Write：SelectionKey.OP_WRITE

事件类型可以进行组合，samples：int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;

3.2 SelectionKey

    // 感兴趣的事件集合
    int interestSet = selectionKey.interestOps();'
    
    // 就绪的 channel 集合
    int readySet = selectionKey.readyOps();
    
    // 获取对应的 Channel 与 Selector
    Channel  channel  = selectionKey.channel();
    Selector selector = selectionKey.selector();

    // 将对象存储在 selectionKey 中
    selectionKey.attach(theObject);
    Object attachedObj = selectionKey.attachment();
    SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, theObject);

3.3 就绪的 Channel

select 方法：返回就绪的 Channel 的数量

• select()：在至少一个 Channel 就绪之前一直阻塞
• int select(long timeout)：在指定的时间内阻塞，为 0 时表示一直阻塞
• int selectNow()：不阻塞，直接返回

如果某个通道在上一次调用 select 方法时就已经处于就绪状态，但并未将该通道对应的 SelectionKey 对象从 selectedKeys 集合中移除，假设另一个的通道在本次调用 select 期间处于就绪状态，此时，select 返回 1，而不是 2

3.4 selectedKeys()

selector.selectedKeys(); 方法用于返回就绪的 Channel 对应的 SelectionKey 集合，当你处理完就绪 Channel 后一定要将对应的 SelectionKey 从 selectedKeys 集合中删除

四、others

NIO 与 传统 IO 如何选择

• 如果你需要管理成千上万个连接，切这些连接每次只发送少量的数据，比如：聊天服务器，这时可以选择 NIO
• 如果你只需要管理少量的连接，切每个连接都占用比较大的带宽、发送大量的数据，可以选择传统 IO

from：Java NIO