NIO之Channel、Buffer、Selector

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NIO之Channel、Buffer、Selector

通道Channel

Channel是一个通道，它就像自来水管一样，网络数据通过Channel读取和写入。通道与流的不同之处在于通道是双向的，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、写或者二者同时进行。总结如下：

  • 我们可以在同一个 Channel 中执行读和写操作, 然而同一个 Stream 仅仅支持读或写.
  • Channel 可以异步地读写, 而 Stream 是阻塞的同步读写.
  • Channel 总是从 Buffer 中读取数据, 或将数据写入到 Buffer 中，如下图所示

NIO之Channel、Buffer、Selector/Channel.png

Channel广义上来说通道可以被分为两类：File I/O和Stream I/O,也就是文件通道（一个）和套接字通道（三个）。细分如下：

  • FileChannel 从文件读写数据
  • SocketChannel 通过TCP读写网络数据，类似于
  • ServerSocketChannel 可以监听新进来的TCP连接，并对每个链接创建对应的SocketChannel，主要用于服务端，类似于
  • DatagramChannel 通过UDP读写网络中的数据

缓冲区Buffer

Buffer是一个对象，它包含一些要写入或者要读出的数据。在面向流的I/O中，可以将数据直接写入或者将数据直接读到stream对象中。而在NIO库中，所有数据都是用缓冲区处理的。在读取数据时，它是直接读到缓冲区中。任何时候访问NIO中的数据，都是通过缓冲区进行操作。

缓冲区实质上是一个数组，通常它是一个字节数组（ByteBuffer），也可以使用其他种类的数组。但是缓冲区不仅仅是一个数组，缓冲区提供了对数据的结构化访问以及维护读写位置（limit）等信息。

使用Buffer读写数据一般遵循以下四个步骤：

  1. 写入数据到Buffer
  2. 调用flip()方法，将Buffer从写模式切换到读模式
  3. 从Buffer中读取数据
  4. 调用clear()方法或者compact()方法

Buffer的capacity,position和limit

缓冲区本质上是一块可以写入数据，然后可以从中读取数据的内存。这块内存被包装成NIO Buffer对象，并提供了一组方法，用来方便的访问该块内存。

为了理解Buffer的工作原理，需要熟悉它的三个属性：

  • capacity
  • position
  • limit

position和limit的含义取决于Buffer处在读模式还是写模式。不管Buffer处在什么模式，capacity的含义总是一样的。

这里有一个关于capacity，position和limit在读写模式中的说明，详细的解释在插图后面。

NIO之Channel、Buffer、Selector/buffers-modes.png

capacity

作为一个内存块，Buffer有一个固定的大小值，也叫“capacity”.你只能往里写capacity个byte、long，char等类型。一旦Buffer满了，需要将其清空（通过读数据或者清除数据）才能继续写数据往里写数据。

position

当你写数据到Buffer中时，position表示当前的位置。初始的position值为0.当一个byte、long等数据写到Buffer后， position会向前移动到下一个可插入数据的Buffer单元。position最大可为capacity – 1.

当读取数据时，也是从某个特定位置读。当将Buffer从写模式切换到读模式，position会被重置为0. 当从Buffer的position处读取数据时，position向前移动到下一个可读的位置。

limit

在写模式下，Buffer的limit表示你最多能往Buffer里写多少数据。 写模式下，limit等于Buffer的capacity。

当切换Buffer到读模式时， limit表示你最多能读到多少数据。因此，当切换Buffer到读模式时，limit会被设置成写模式下的position值。换句话说，你能读到之前写入的所有数据（limit被设置成已写数据的数量，这个值在写模式下就是position）

多路复用器Selector

多路复用器提供选择已经就绪的任务的能力，Selector会不断地轮询注册在其上的Channel，如果某个Channel上面发生读或者写事件，这个Channel就处于就绪状态，会被Selector轮询出来，然后通过SelectionKey可以获取就绪Channel的集合，进行后续的I/O操作。

Selector

Selector的创建

通过调用Selector.open()方法创建一个Selector，如下：

1
Selector selector = Selector.open();

向Selector注册通道

为了将Channel和Selector配合使用，必须将channel注册到selector上。通过SelectableChannel.register()方法来实现，如下：

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2
3
channel.configureBlocking(false);
SelectionKey key = channel.register(selector,
Selectionkey.OP_READ);

与Selector一起使用时，Channel必须处于非阻塞模式下。这意味着不能将FileChannel与Selector一起使用，因为FileChannel不能切换到非阻塞模式。而套接字通道都可以。

注意register()方法的第二个参数。这是一个“interest集合”，意思是在通过Selector监听Channel时对什么事件感兴趣。可以监听四种不同类型的事件：

  1. Connect
  2. Accept
  3. Read
  4. Write

通道触发了一个事件意思是该事件已经就绪。所以，某个channel成功连接到另一个服务器称为“连接就绪”。一个server socket channel准备好接收新进入的连接称为“接收就绪”。一个有数据可读的通道可以说是“读就绪”。等待写数据的通道可以说是“写就绪”。

这四种事件用SelectionKey的四个常量来表示：

  1. SelectionKey.OP_CONNECT
  2. SelectionKey.OP_ACCEPT
  3. SelectionKey.OP_READ
  4. SelectionKey.OP_WRITE

如果你对不止一种事件感兴趣，那么可以用“位或”操作符将常量连接起来，如下：

1
int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;

参考链接：http://ifeve.com/tag/nio/