从零开始学习Netty - 学习笔记 - NIO基础 - ByteBuffer: 简介和基本操作

NIO基础

1.三大组件

1.1. Channel & Buffer

Channel

在Java NIO（New I/O）中，“Channel”（通道）是一个重要的概念，用于在非阻塞I/O操作中进行数据的传输。Java NIO提供了一种更为灵活和高效的I/O处理方式，相比于传统的I/O，它具有更好的性能和可扩展性。

常见的Java NIO中的通道类型：

1. FileChannel（文件通道）：
   • 用于文件I/O操作的通道，可以在文件中进行读取、写入和操作。
2. SocketChannel（套接字通道）：
   • 用于TCP协议的通道，可以在网络套接字连接中进行读取和写入数据。(客户端，服务器端都能用)
3. ServerSocketChannel（服务器套接字通道）：
   • 监听新的TCP连接的通道，当有新的连接进来时，可以接受并创建对应的SocketChannel。（只能用于服务器端）
4. DatagramChannel（数据报通道）：
   • 用于UDP协议的通道，可以在网络中发送和接收数据报。

通过使用这些通道，Java NIO可以提供非阻塞的I/O操作，允许程序在一个线程中管理多个I/O操作，提高了系统的并发处理能力和性能表现。通道和缓冲区（Buffer）结合使用，能够实现更灵活、高效的数据传输和处理。

Buffer
在Java NIO中，Buffer（缓冲区）是一个核心概念，用于在通道（Channel）和数据源之间进行数据交互。Buffer实际上是一个容器，用于存储特定类型的数据，并提供了方便的方法来读取和写入数据。

常见的Java NIO中的Buffer类型：

1. ByteBuffer：

   • ByteBuffer是最基本的缓冲区类型，用于存储字节数据。
     • MappedByteBuffer：
       • MappedByteBuffer是ByteBuffer的一个子类，它通过文件通道直接映射到内存中，可以实现高效的文件I/O操作。

2. CharBuffer：

   • CharBuffer用于存储字符数据。

3. ShortBuffer、IntBuffer、LongBuffer、FloatBuffer、DoubleBuffer：

   • 这些是用于存储各种基本数据类型的缓冲区，分别用于存储short、int、long、float和double类型的数据。

这些缓冲区提供了一种灵活的方式来管理数据，可以在缓冲区和通道之间进行数据传输，也可以在缓冲区内部进行数据处理。通过缓冲区，Java NIO实现了高效的I/O操作，可以在同一线程内处理多个通道，提高了系统的并发性能。

1.2.Selector

当使用 Java NIO 进行非阻塞 I/O 操作时，Selector（选择器）是一种关键的组件。它允许单个线程有效地管理多个 Channel，监视它们的状态并且在至少一个 Channel 准备好进行读取、写入或者连接时，唤醒线程。

Selector 的作用是配置一个线程来管理多个 Channel，获取这些 Channel 上发生的事件。这些 Channel 通常工作在非阻塞模式下，因此不会让线程阻塞在一个 Channel 上。Selector 适用于连接数量特别多但流量低的场景，因为它可以有效地利用一个线程来处理多个连接，降低线程创建和上下文切换的开销。

1. 非阻塞 I/O：
   • Selector 允许程序使用单个线程处理多个 Channel，而不是为每个 Channel 都创建一个线程。这样可以显著减少线程的数量，提高系统的并发处理能力。
2. Channel 注册：
   • 在使用 Selector 之前，需要将每个 Channel 注册到 Selector 上，并指定感兴趣的事件类型，如读、写、连接等。
3. 事件就绪集合：
   • Selector 会不断轮询注册在其上的 Channel，当一个或多个 Channel 准备好进行 I/O 操作时，Selector 将返回一个就绪事件的集合。
4. 事件驱动的编程模型：
   • 应用程序通过监听就绪事件的方式，实现了一种事件驱动的编程模型，根据不同的事件类型执行相应的操作。
5. 资源管理：
   • 使用完 Selector 后，应及时关闭以释放资源，避免资源泄漏和性能问题。

通过 Selector，Java NIO 提供了一种高效的非阻塞 I/O 模型，使得应用程序能够更好地处理大量并发连接，提高系统的性能和可伸缩性。

2.ByteBuffer

ByteBuffer 是 Java NIO 中用于处理字节数据的缓冲区类之一。它提供了一种灵活的方式来处理字节数据，例如读取、写入、修改、复制等操作。

以下是关于 ByteBuffer 的一些重要特点和用法：

1. 容量和位置：
   • ByteBuffer 有一个固定的容量，表示它可以存储的最大字节数量。它还有一个位置（position），表示下一个读取或写入操作将要发生的位置。
2. 读写操作：
   • ByteBuffer 可以被用来进行读取和写入操作。它提供了诸如 put()、get()、putInt()、getInt() 等方法来读取和写入字节数据。
3. 字节顺序（Byte Order）：
   • ByteBuffer 可以配置为使用不同的字节顺序，例如大端字节序（Big Endian）或小端字节序（Little Endian），以适应不同的数据格式。
4. 直接缓冲区和非直接缓冲区：
   • ByteBuffer 可以是直接缓冲区或非直接缓冲区。直接缓冲区使用操作系统的内存空间，通常性能更好，而非直接缓冲区使用 Java 虚拟机的堆内存。
5. 清除、翻转和重绕：
   • ByteBuffer 提供了一些方法来处理缓冲区的状态，例如 clear() 方法清除缓冲区中的数据(写模式)、flip() 方法翻转缓冲区以便读取已写入的数据(读模式)、rewind() 方法重绕缓冲区以便重新读取已读数据(写模式)。
6. 其他操作：
   • ByteBuffer 还提供了一些其他的操作，如 compact() 方法压缩缓冲区、slice() 方法创建一个新的缓冲区视图等。

ByteBuffer 在网络编程、文件 I/O、数据处理等