Netty學習筆記 3.2 NIO和BIO比較及原理示意圖

NIO 和 BIO 的比較

BIO 以流的方式處理數據,而 NIO 以塊的方式處理數據,塊 I/O 的效率比流 I/O 高很多
BIO 是阻塞的，NIO 則是非阻塞的

BIO基于字節流和字符流進行操作，而 NIO 基于 **Channel(通道)和 Buffer(緩沖區)**進行操作，數據總是從通道讀取到緩沖區中，或者從緩沖區寫入到通道中。Selector(選擇器)用于監聽多個通道的事件（比如：連接請求，數據到達等），因此使用單個線程就可以監聽多個客戶端通道

NIO 三大核心原理示意圖

一張圖描述NIO 的 Selector 、 Channel 和 Buffer 的關系

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Selector 、 Channel 和 Buffer 的關系圖(簡單版)

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關系圖的說明:
每個channel 都會對應一個Buffer
Selector 對應一個線程， 一個線程對應多個channel(連接)
該圖反應了有三個channel 注冊到 該selector //程序
程序切換到哪個channel 是有事件決定的, Event 就是一個重要的概念
Selector 會根據不同的事件，在各個通道上切換
Buffer 就是一個內存塊 ， 底層是有一個數組
數據的讀取寫入是通過Buffer, 這個和BIO , BIO 中要么是輸入流，或者是輸出流, 不能雙向，但是NIO的Buffer 是可以讀也可以寫, 需要 flip 方法切換
channel 是雙向的, 可以返回底層操作系統的情況, 比如Linux ， 底層的操作系統通道就是雙向的.

緩沖區(Buffer)

基本介紹

緩沖區（Buffer）：緩沖區本質上是一個可以讀寫數據的內存塊，可以理解成是一個容器對象(含數組)，該對象提供了一組方法，可以更輕松地使用內存塊，，緩沖區對象內置了一些機制，能夠跟蹤和記錄緩沖區的狀態變化情況。Channel 提供從文件、網絡讀取數據的渠道，但是讀取或寫入的數據都必須經由 Buffer，如圖: 【后面舉例說明】

Buffer 類及其子類

1. 在 NIO 中，Buffer 是一個頂層父類，它是一個抽象類, 類的層級關系圖:
   

常用Buffer子類一覽

ByteBuffer，存儲字節數據到緩沖區
ShortBuffer，存儲字符串數據到緩沖區
CharBuffer，存儲字符數據到緩沖區
IntBuffer，存儲整數數據到緩沖區
LongBuffer，存儲長整型數據到緩沖區
DoubleBuffer，存儲小數到緩沖區
FloatBuffer，存儲小數到緩沖區

Buffer 類及其子類

Buffer類定義了所有的緩沖區都具有的四個屬性來提供關于其所包含的數據元素的信息:
// Invariants: mark <= position <= limit <= capacity
private int mark = -1;
private int position = 0;
private int limit;
private int capacity;

Buffer 類及其子類

Buffer類相關方法一覽

public abstract class Buffer {
    //JDK1.4時，引入的api
    public final int capacity( )//返回此緩沖區的容量
    public final int position( )//返回此緩沖區的位置
    public final Buffer position (int newPositio)//設置此緩沖區的位置
    public final int limit( )//返回此緩沖區的限制
    public final Buffer limit (int newLimit)//設置此緩沖區的限制
    public final Buffer mark( )//在此緩沖區的位置設置標記
    public final Buffer reset( )//將此緩沖區的位置重置為以前標記的位置
    public final Buffer clear( )//清除此緩沖區, 即將各個標記恢復到初始狀態，但是數據并沒有真正擦除, 后面操作會覆蓋
    public final Buffer flip( )//反轉此緩沖區
    public final Buffer rewind( )//重繞此緩沖區
    public final int remaining( )//返回當前位置與限制之間的元素數
    public final boolean hasRemaining( )//告知在當前位置和限制之間是否有元素
    public abstract boolean isReadOnly( );//告知此緩沖區是否為只讀緩沖區
 
    //JDK1.6時引入的api
    public abstract boolean hasArray();//告知此緩沖區是否具有可訪問的底層實現數組
    public abstract Object array();//返回此緩沖區的底層實現數組
    public abstract int arrayOffset();//返回此緩沖區的底層實現數組中第一個緩沖區元素的偏移量
    public abstract boolean isDirect();//告知此緩沖區是否為直接緩沖區
}

ByteBuffer
從前面可以看出對于 Java 中的基本數據類型(boolean除外)，都有一個 Buffer 類型與之相對應，最常用的自然是ByteBuffer 類（二進制數據），該類的主要方法如下：

public abstract class ByteBuffer {
    //緩沖區創建相關api
    public static ByteBuffer allocateDirect(int capacity)//創建直接緩沖區
    public static ByteBuffer allocate(int capacity)//設置緩沖區的初始容量
    public static ByteBuffer wrap(byte[] array)//把一個數組放到緩沖區中使用
    //構造初始化位置offset和上界length的緩沖區
    public static ByteBuffer wrap(byte[] array,int offset, int length)
     //緩存區存取相關API
    public abstract byte get( );//從當前位置position上get，get之后，position會自動+1
    public abstract byte get (int index);//從絕對位置get
    public abstract ByteBuffer put (byte b);//從當前位置上添加，put之后，position會自動+1
    public abstract ByteBuffer put (int index, byte b);//從絕對位置上put
 }

通道(Channel)

基本介紹

NIO的通道類似于流，但有些區別如下：
通道可以同時進行讀寫，而流只能讀或者只能寫
通道可以實現異步讀寫數據
通道可以從緩沖讀數據，也可以寫數據到緩沖:

基本介紹

BIO 中的 stream 是單向的，例如 FileInputStream 對象只能進行讀取數據的操作，而 NIO 中的通道(Channel)是雙向的，可以讀操作，也可以寫操作。
Channel在NIO中是一個接口public interface Channel extends Closeable{}
常用的 Channel 類有：FileChannel、DatagramChannel、ServerSocketChannel 和 SocketChannel。【ServerSocketChanne 類似 ServerSocket , SocketChannel 類似 Socket】

FileChannel 用于文件的數據讀寫，DatagramChannel 用于 UDP 的數據讀寫，ServerSocketChannel 和 SocketChannel 用于 TCP 的數據讀寫。

FileChannel 類

FileChannel主要用來對本地文件進行 IO 操作，常見的方法有

public int read(ByteBuffer dst) ，從通道讀取數據并放到緩沖區中
public int write(ByteBuffer src) ，把緩沖區的數據寫到通道中
public long transferFrom(ReadableByteChannel src, long position, long count)，從目標通道中復制數據到當前通道
public long transferTo(long position, long count, WritableByteChannel target)，把數據從當前通道復制給目標通道