Java NIO 编程：Buffer、Channel、Selector原理详解

1 Java 中的 I/O模型：BIO、NIO、AIO

1.1 BIO、NIO、AIO概念介绍

• I/O 模型简单的理解：就是 用什么样的通道进行数据的发送和接收，很大程度上决定了程序通信的性能。

• Java共支持3种网络编程模型/IO模式：BIO、NIO、AIO。

• Java BIO：同步并阻塞(传统阻塞型)，服务器实现模式为 一个连接对应一个线程，即客户端有连接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理，如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销。
  

• Java NIO： 同步非阻塞，服务器实现模式为 一个线程处理多个请求(连接)，即客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器上，多路复用器轮询到连接有I/O请求就进行处理。
  

• Java AIO(NIO.2)：异步非阻塞，AIO 引入 异步通道 的概念，采用了 Proactor 模式，简化了程序编写，有效的请求才启动线程，它的特点是：先由操作系统完成后才通知服务端程序启动线程去处理，一般适用于连接数较多且连接时间较长的应用。

BIO、NIO、AIO适用场景分析

• BIO方式适用于 连接数目比较小且固定的架构，这种方式对服务器资源要求比较高，并发局限于应用中，JDK1.4以前的唯一选择，但程序简单易理解。
• NIO方式适用于 连接数目多且连接比较短（轻操作）的架构，比如聊天服务器，弹幕系统，服务器间通讯等。编程比较复杂，JDK1.4 开始支持。
• AIO方式适用于 连接数目多且连接比较长（重操作）的架构，比如相册服务器，充分调用OS参与并发操作，编程比较复杂

1.2 简单回顾一下 BIO 的编程流程

1.2.1 BIO编程的简单流程

• 服务器端启动一个ServerSocket；
• 客户端启动Socket对服务器进行通信，默认情况下服务器端需要对每个客户 建立一个线程与之通讯；
• 客户端发出请求后, 先咨询服务器是否有线程响应，如果没有则会等待，或者被拒绝；
• 如果有响应，客户端线程会等待请求结束后，再继续执行。
  

1.2.2 BIO 编程通信实例

实现思路：

• 创建一个线程池；
• 如果有客户端连接，就创建一个线程与之通讯（单独写一个方法）。

public class BIOServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 思路：
        // 1.创建一个线程池
        // 2.如果有客户端连接，就创建一个线程与之通讯（单独写一个方法）
        ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();

        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666);
        System.out.println("服务器启动了");
        while (true) {
            // 监听，等待客户端连接
            final Socket socket = serverSocket.accept();
            System.out.println("连接到一个客户端");
            // 创建一个线程与之通讯
            threadPool.execute(new Runnable() {
                public void run() {
                    // 可以和客户端通讯
                    handler(socket);
                }
            });
        }
    }
    // 编写一个和客户端通讯你的方法
    public static void handler(Socket socket) {
        byte[] bytes = new byte[1024];
        // 通过socket获取输入流
        try {
            InputStream inputStream = socket.getInputStream();
            // 循环读取客户端发送的数据
            while (true) {
                int read = inputStream.read(bytes);
                if (read != -1) {
                    // 输出客户端发送的数据
                    System.out.println(new String(bytes,0,read));
                } else { // 否则通讯结束
                    break;
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            System.out.println("关闭和client的连接");
            try {
                socket.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

}

打开cmd，使用telnet命令连接我们自己编写的Server，

如果无法使用telnet，参考：https://jingyan.baidu.com/article/e8cdb32b433ce676052badb5.html

按下：Ctrl + ] 就能发数据了

2 Java NIO 基本介绍

2.1 NIO 基本概念

• Java NIO 全称 java non-blocking IO，是指 JDK 提供的新 API。从 JDK1.4 开始，Java 提供了一系列改进的 输入/输出 的新特性，被统称为 NIO(即 New IO)，是 同步非阻塞 的。

• NIO 相关类都被放在 java.nio 包及子包下，并且对原 java.io 包中的很多类进行改写。

• NIO 有三大核心部分：Channel(通道)、Buffer(缓冲区)、Selector(选择器)

• NIO是 面向缓冲区 ，或者面向 块 编程的（因为有了 Buffer）。数据读取到一个它稍后处理的缓冲区，需要时可在缓冲区中前后移动，这就增加了处理过程中的灵活性。有了缓冲区就能 使用它可以提供非阻塞式的高伸缩性网络。
  

• Java NIO的非阻塞模式，使一个线程从某个 通道 发送请求或者读取数据，但是它仅能得到目前可用的数据，如果目前没有数据可用时，就什么都不会获取，而不是保持线程阻塞，所以直至数据变的可以读取之前，该线程可以继续做其他的事情。 非阻塞写也是如此，一个线程请求写入一些数据到某通道，但不需要等待它完全写入，这个线程同时可以去做别的事情。

• Selector（选择器）获取到通道的事件，就调用 thread 会去处理；如果这个通道没有事件了，thread 就去处理别的通道的事件；如果所有通道都没有事件了，thread 还可以去其它任务。反正thread没有阻塞。

• 通俗理解：NIO是可以做到用一个线程来处理多个操作的。假设有10000个请求过来,根据实际情况，可以分配50或者100个线程来处理。不像之前的阻塞IO那样，非得分配10000个。

• 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。

2.2 NIO 与 BIO 比较

• BIO 以 流 的方式处理数据，而 NIO 以 块 的方式处理数据，块 I/O 的效率比流 I/O 高很多；
• BIO 是 阻塞 的，NIO 则是 非阻塞 的
• BIO基于 字节流和字符流 进行操作，而 NIO 基于 Channel(通道) 和 Buffer(缓冲区) 进行操作，数据总是从通道读取到缓冲区中，或者从缓冲区写入到通道中。Selector(选择器)用于监听多个通道的事件（比如：连接请求，数据到达等），因此使用单个线程就可以监听多个客户端通道。

2.3 NIO 三大核心组件之间的关系

• 每个channel 都会对应一个Buffer；
• Selector 对应一个线程， 一个线程对应多个channel(连接)；
• 该图反应了有三个channel 注册到 Selector；
• 程序切换到哪个channel 是由 事件（Event） 决定的，Event 就是一个重要的概念；
• Selector 会根据不同的事件，在各个通道上切换；
• Buffer 就是一个 内存块 ， 底层是有一个数组；
• 数据的 读取/写入 是通过 Buffer， 这个和BIO不同 , BIO 中 要么是输入流，要么是输出流，不能双向，但是NIO的Buffer 是可以读也可以写，但是需要 flip 方法 切换 读/写 状态；
• channel 是 双向 的，可以返回底层操作系统的情况，比如Linux 底层的操作系统通道就是双向的。

3 NIO三大核心组件 之 缓冲区（Buffer）

缓冲区（Buffer）：缓冲区本质上是一个可以 读写 数据的 内存块，可以理解成是一个容器对象(含数组)，该对象提供了一组方法，可以更轻松地使用内存块，缓冲区对象内置了一些机制，能够跟踪和记录缓冲区的状态变化情况。Channel 提供从文件、网络读取数据的渠道，但是读取或写入的数据都必须经由 Buffer，如图: 【后面举例说明】

3.1 Buffer 类及其子类

在 NIO 中，Buffer 是一个顶层父类，它是一个 抽象类，类的层级关系图：

3.2 Buffer类中的重要属性

private int mark = -1;
private int position = 0;
private int limit;
private int capacity;

• Capacity：容量，即可以容纳的最大数据量；在缓冲区创建时被设定并且不能改变
• Limit：表示缓冲区的当前终点，不能对缓冲区超过极限的位置进行读写操作。且极限是可以修改
• Position：位置，下一个要被读或写的元素的索引，每次读写缓冲区数据时都会改变改值，为下次读写作准备
• Mark：标记

3.3 Buffer的基本使用示例

public class BasicBuffer {
    public static void main(String[] args) {
        // 举例说明 Buffer 的使用
        // 创建一个 Buffer，大小为 6，可以存放 6 个 int
        IntBuffer intBuffer = IntBuffer.allocate(5);

        // 向 Buffer 中存放数据
        for (int i = 0; i < intBuffer.capacity(); i++) {
            intBuffer.put(i * 2);
        }

        // 从 Buffer 中读取数据
        // 将 Buffer 转换，读/写 切换 !!!
        intBuffer.flip();

        while (intBuffer.hasRemaining()) {
            System.out.println(intBuffer.get());
        }
    }
}

• IntBuffer intBuffer = IntBuffer.allocate(5); 初始化之后，其中的属性为：
  
• 执行完for循环写入值之后，属性状态为，此时limit 和 position 都为5，达到上限了，读/写 数据不能超过limit的值
  
• intBuffer.flip(); 切换 读 状态后，position重置为0
  

3.4 Buffer类相关方法一览

public abstract class Buffer {
	//JDK1.4时，引入的api
	public final int capacity( )//返回此缓冲区的容量
	public final int position( )//返回此缓冲区的位置
	public final Buffer position (int newPositio)//设置此缓冲区的位置
	public final int limit( )//返回此缓冲区的限制
	public final Buffer limit (int newLimit)//设置此缓冲区的限制
	public final Buffer mark( )//在此缓冲区的位置设置标记
	public final Buffer reset( )//将此缓冲区的位置重置为以前标记的位置
	public final Buffer clear( )//清除此缓冲区, 即将各个标记恢复到初始状态，但是数据并没public final Buffer flip( )//反转此缓冲区
	public final Buffer rewind( )//重绕此缓冲区
	public final int remaining( )//返回当前位置与限制之间的元素数
	public final boolean hasRemaining( )//告知在当前位置和限制之间是否有元素
	public abstract boolean isReadOnly( );//告知此缓冲区是否为只读缓冲区
	//JDK1.6时引入的api
	public abstract boolean hasArray();//告知此缓冲区是否具有可访问的底层实现数组
	public abstract Object array();//返回此缓冲区的底层实现数组
	public abstract int arrayOffset();//返回此缓冲区的底层实现数组中第一个缓冲区元素的public abstract boolean isDirect();//告知此缓冲区是否为直接缓冲区
}

3.5 最常用的子类：ByteBuffer

从前面可以看出对于 Java 中的基本数据类型(boolean除外)，都有一个 Buffer 类型与之相对应，最 常用的自然是ByteBuffer 类（二进制数据），该类的主要方法如下：

public abstract class ByteBuffer {
	//缓冲区创建相关api
	public static ByteBuffer allocateDirect(int capacity)//创建直接缓冲区
	public static ByteBuffer allocate(int capacity)//设置缓冲区的初始容量
	public static ByteBuffer wrap(byte[] array)//把一个数组放到缓冲区中使用
	//构造初始化位置offset和上界length的缓冲区
	public static ByteBuffer wrap(byte[] array,int offset, int length)
	//缓存区存取相关API
	public abstract byte get( );//从当前位置position上get，get之后，position会自动+1
	public abstract byte get (int index);//从绝对位置get
	public abstract ByteBuffer put (byte b);//从当前位置上添加，put之后，position会自动+1
	public abstract ByteBuffer put (int index, byte b);//从绝对位置上put
}

4 NIO三大核心组件 之 通道（Channel）

NIO 的通道类似于流，但有些区别如下：

• 通道可以 同时进行读写，而流只能读或者只能写；
• 通道可以实现 异步读写数据；
• 通道可以 从缓冲读数据，也可以 写数据到缓冲。

4.1 Channel接口及其子类

Channel在NIO中是一个接口

public interface Channel extends Closeable{}

常用的 Channel 类有：FileChannel、DatagramChannel、ServerSocketChannel 和SocketChannel。

• FileChannel 用于 文件 的数据读写，
• DatagramChannel 用于 UDP 的数据读写，
• ServerSocketChannel 和 SocketChannel 用于 TCP 的数据读写。
  • ServerSocketChannel 类似ServerSocket；
  • SocketChannel 类似 Socket。

Java中ServerSocket与Socket的区别：https://blog.youkuaiyun.com/wwwjiahuan/article/details/60881489

ServerSocketChannel 和 SocketChannel的区别

ServerSocketChannel 是一个 抽象类，我们实际使用的是 ServerSocketChannelImpl。

SocketChannel 是一个 抽象类，我们实际使用的是 SocketChannelImpl。

我们首先会在服务器端创建一个ServelSocketChannel，它真实的类型是ServelSocketChannelImpl，当有一个连接来连接Server时，由ServelSocketChannel生成一个与该客户端对应的一个通道，这个通道的类型就是SocketChannel，它的真实类型是SocketChannelImpl，客户端通过这个通道与Server进行通讯。

4.2 FileChannel 类

FileChannel主要用来对本地文件进行 IO 操作，常见的方法有：

• public int read(ByteBuffer dst) ，从通道读取数据并放到缓冲区中
• public int write(ByteBuffer src) ，把缓冲区的数据写到通道中
• public long transferFrom(ReadableByteChannel src, long position, long count)，从目标通道中复制数据到当前通道
• public long transferTo(long position, long count, WritableByteChannel target)，把数据从当前通道复制给目标通道

4.2.1 应用实例1 - 本地文件写数据

示例要求:

• 使用前面学习后的ByteBuffer(缓冲) 和 FileChannel(通道)， 将 “hello,尚硅谷” 写入到file01.txt 中。
• 文件不存在就创建。
  

public class NIOFileChannel {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        String str = "hello world";

        // 创建一个输出流
        FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("d:\\file01.txt");

        // 通过fileOutputStream 获取对应的 FileChannel
        // 注意：是 fileOutputStream 中包裹了 FileChannel
        FileChannel channel = fileOutputStream.getChannel();

        // 创建Buffer(缓冲区)
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);

        // 将 str 放入 byteBuffer
        byteBuffer.put(str.getBytes());

        // 切换 byteBuffer 为 write 模式
        byteBuffer.flip();

        // 将 byteBuffer 中的数据写入到 fileChannel
        channel.write(byteBuffer);

        fileOutputStream.close();
    }
}

4.2.2 应用实例2 - 本地文件读数据

实例要求:

• 使用 ByteBuffer(缓冲) 和 FileChannel(通道)， 将 file01.txt 中的数据读入到程序，并显示在控制台屏幕；
• 假定文件已经存在。
  

public class NIOFileChannel02 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        String str = "hello world";

        // 创建一个输入流
        File file = new File("d:\\file01.txt");
        FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(file);

        // 通过fileOutputStream 获取对应的 FileChannel
        FileChannel channel = fileInputStream.getChannel();

        // 创建Buffer(缓冲区)
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate((int) file.length());

        // 将 fileChannel 中的数据读入到 byteBuffer
        channel.read(byteBuffer);

        // 将 byteBuffer 中的数据转成 String
        System.out.println(new String(byteBuffer.array()));

        fileInputStream.close();
    }
}

4.2.3 应用实例3 - 本地文件的拷贝

实例要求:

• 使用 ByteBuffer(缓冲) 和 FileChannel(通道)，完成文件的拷贝
• 拷贝一个文本文件 file01.txt , 放在项目下即可
  

public class NIOFileChannel03 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        String str = "hello world";

        // 创建一个输入流
        File file = new File("d:\\file01.txt");
        FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(file);

        // 创建一个输出流
        FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("d:\\file02.txt");

        // 通过 fileInputStream 获取对应的 FileChannel
        FileChannel channel01 = fileInputStream.getChannel();

        // 通过 fileOutputStream 获取对应的 FileChannel
        FileChannel channel02 = fileOutputStream.getChannel();


        // 创建Buffer(缓冲区)
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(512);

        while (true) {
            // 一次可能读不完，所以清空 byteBuffer
            byteBuffer.clear();

            int read = channel01.read(byteBuffer);
            if (read == -1) {
                break;
            }
            byteBuffer.flip();
            channel02.write(byteBuffer);
        }

        fileInputStream.close();
        fileOutputStream.close();
    }
}

4.2.4 应用实例4 - 拷贝文件（transferFrom 方法）

实例要求:

• 使用 FileChannel(通道) 和 方法 transferFrom ，完成文件的拷贝；
• 拷贝一张图片。

public class NIOFileChannel04 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("d:\\a.jpg");
        FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("d:\\a2.jpg");

        FileChannel source = fileInputStream.getChannel();
        FileChannel target = fileOutputStream.getChannel();

        // 使用 transferForm 完成拷贝
        target.transferFrom(source,0,source.size());

        source.close();
        target.close();
        fileInputStream.close();
        fileOutputStream.close();
    }
}

5 关于Buffer 和 Channel的注意事项和细节

• ByteBuffer 支持类型化的put 和 get, put 放入的是什么数据类型，get就应该使用相应的数据类型来取出，否则可能有 BufferUnderflowException 异常。
• 可以将一个普通Buffer 转成只读Buffer。
• NIO 还提供了 MappedByteBuffer， 可以让文件直接在内存（堆外的内存）中进行修改， 而如何同步到文件由NIO 来完成。
• 前面我们讲的读写操作，都是通过一个Buffer 完成的，NIO 还支持 通过多个Buffer (即 Buffer 数组) 完成读写操作，即 Scattering 和 Gathering。

5.1 MappedByteBuffer - 直接在堆外内存中修改文件

MappedByteBuffer， 可以让文件直接在内存（堆外的内存）中进行修改，操作系统不需要再拷贝一份，而如何同步到文件由NIO 来完成。

public class NIOMappedByteBuffer {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        RandomAccessFile randomAccessFile = new RandomAccessFile("d:\\file01.txt", "rw");
        FileChannel channel = randomAccessFile.getChannel();
        /*
        参数1：FileChannel.MapMode.READ_WRITE，使用的是读写位置
        参数2：0，可以直接修改的起始位置
        参数3：5，映射到内存的大小，即将 file01.txt 的多少个字节映射到内存。
                 可以直接修改的范围就是 0 - 5。
         */
        // MappedByteBuffer是一个抽象类，实际类型是 DirectByteBuffer
        MappedByteBuffer mappedByteBuffer = channel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, 5);

        // 将第一个位置的值修改为 H
        mappedByteBuffer.put(0, (byte) 'H');

        randomAccessFile.close();
    }

}

5.2 Scattering & Gathering - 多个Buffer(即 Buffer 数组)完成读写操作

• Scattering ：将数据写入 Buffer 时，可以采用 Buffer 数组，依次写入【分散】
• Gathering ：从 Buffer 读取数据时，可以采用Buffer数组，一次读取

示例：使用 ServerSocketChannel 和 SocketChannel 网络，并使用 Buffer 数组 完成读写操作

public class NIOScatteringGathering {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 使用 ServerSocketChannel 和 SocketChannel 网络
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        InetSocketAddress inetSocketAddress = new InetSocketAddress(7000);

        // 绑定端口到 scoket，并启动
        serverSocketChannel.socket().bind(inetSocketAddress);

        // 创建Buffer数组
        ByteBuffer[] byteBuffers = new ByteBuffer[2];
        byteBuffers[0] = ByteBuffer.allocate(5);
        byteBuffers[1] = ByteBuffer.allocate(3);

        // 等待客户端连接
        SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
        // 假定从客户端接收接收 8个字节
        int messageLen = 8;
        // 循环读取
        while (true) {
            int byteRead = 0;
            while (byteRead < messageLen) {
                long r = socketChannel.read(byteBuffers);
                byteRead += r;
                // 累计读取的字节数
                System.out.println("byteRead: "+byteRead);
                // 使用流打印，看看当前这个buffer的position和limit
                Arrays.asList(byteBuffers)
                      .stream()
                      .map(buffer -> "position=" + buffer.position() + " , limit=" + buffer.limit())
                      .forEach(System.out::println);
            }
            // 将所有的buffer进行反转
            Arrays.asList(byteBuffers)
                  .forEach(buffer -> buffer.flip());

            // 将数据写到通道中
            long byteWrite = 0;
            while (byteWrite < messageLen) {
                long w = socketChannel.write(byteBuffers);
                byteWrite += w;

            }
            // 将所有 buffer 进行 clear
            Arrays.asList(byteBuffers)
                  .forEach(buffer -> buffer.clear());
            System.out.println("byteRead=" + byteRead + " , byteWrite=" + byteWrite);
        }


    }
}

6 NIO三大核心组件 之 Selector(选择器)

6.1 Selector(选择器) 基本介绍

• Java 的 NIO，用非阻塞的 IO 方式。可以用一个线程，处理多个的客户端连接，就会使用到 Selector(选择器)；
• Selector 能够检测多个注册的通道上是否有事件发生(注意:多个Channel以事件的方式可以注册到同一个Selector)，如果有事件发生，便获取事件然后针对每个事件进行相应的处理。这样就 可以只用一个单线程去管理多个通道，也就是管理多个连接和请求；
• 只有在 连接/通道 真正有读写事件发生时，才会进行读写，就大大地减少了系统开销，并且不必为每个连接都创建一个线程，不用去维护多个线程；
• 避免了多线程之间的上下文切换导致的开销。

Selector作用详细说明

• Netty 的 IO 线程 NioEventLoop 聚合了 Selector(选择器，也叫多路复用器)，可以同时并发处理成百上千个客户端连接。
• 当线程从某客户端 Socket 通道进行读写数据时，若没有数据可用时，该线程可以进行其他任务。
• 线程通常将非阻塞 IO 的空闲时间用于在其他通道上执行 IO 操作，所以单独的线程可以管理多个输入和输出通道。
• 由于读写操作都是 非阻塞 的，这就可以充分提升 IO线程的运行效率，避免由于频繁 I/O 阻塞导致的线程挂起。
• 一个 I/O 线程可以并发处理 N 个客户端连接和读写操作，这从根本上解决了传统同步阻塞 I/O 一连接一线程模型，架构的性能、弹性伸缩能力和可靠性都得到了极大的提升。

6.2 Selector类相关方法

Selector 类是一个抽象类, 常用方法和说明如下：

public abstract class Selector implements Closeable {
	// 得到一个选择器对象
	public static Selector open();
	// 监控所有注册的通道，当其中有 IO 操作可以进行时，将对应的 SelectionKey 
	// 加入到内部集合中并返回，参数用来设置超时时间
	public int select(long timeout);
	// 从内部集合中得到所有的 SelectionKey
	public Set<SelectionKey> selectedKeys();
	// 唤醒selector
	selector.wakeup();
	// 不阻塞，立马返还
	selector.selectNow();
}

• SelectionKey 作用：Selector 对象调用 select() 方法会返回一个 SelectionKey 集合，根据 SelectionKey 获取到对应的channel，然后处理channel中发生的事件。
• select() 或 select(long timeout)
  • select() ：调用它会一直阻塞，直到获取注册到的Selector中的channel至少有一个channel发生它所关心的事件才返回，返回的是发生事件的channel的SelectionKey。
  • select(long timeout)：指定阻塞事件，到时见即使没有监听到任何事件也会返回。

6.3 SelectionKey

SelectionKey 表示 Selector 和 网络通道 的 注册关系, 共四种:

• int OP_ACCEPT：有新的网络连接可以 accept，值为 16；
• int OP_CONNECT：代表连接已经建立，值为 8；
• int OP_READ：代表读操作，值为 1；
• int OP_WRITE：代表写操作，值为 4。

源码中：

public static final int OP_READ = 1 << 0;
public static final int OP_WRITE = 1 << 2;
public static final int OP_CONNECT = 1 << 3;
public static final int OP_ACCEPT = 1 << 4;

SelectionKey相关方法

public abstract class SelectionKey {
	public abstract Selector selector();//得到与之关联的 Selector 对象
	public abstract SelectableChannel channel();//得到与之关联的通道
	public final Object attachment();//得到与之关联的共享数据
	public abstract SelectionKey interestOps(int ops);//设置或改变监听事件
	public final boolean isAcceptable();//是否可以 accept
	public final boolean isReadable();//是否可以读
	public final boolean isWritable();//是否可以写
}

6.4 ServerSocketChannel & SocketChannel

ServerSocketChannel 在服务器端监听新的客户端 Socket 连接

public abstract class ServerSocketChannel 
		extends AbstractSelectableChannel implements NetworkChannel{
	// 得到一个 ServerSocketChannel 通道
	public static ServerSocketChannel open()
	// 设置服务器端端口号
	public final ServerSocketChannel bind(SocketAddress local)
	// 设置阻塞或非阻塞模式，取值 false 表示采用非阻塞模式
	public final SelectableChannel configureBlocking(boolean block)
	// 接受一个连接，返回代表这个连接的通道对象
	public SocketChannel accept()
	// 注册一个选择器并设置监听事件
	public final SelectionKey register(Selector sel, int ops)
}

SocketChannel，网络 IO 通道，具体负责进行读写操作。NIO 把缓冲区的数据写入通道，或者把通道里的数据读到缓冲区。

public abstract class SocketChannel
		extends AbstractSelectableChannel
		implements ByteChannel, ScatteringByteChannel, GatheringByteChannel,NetworkChannel{
	// 得到一个 SocketChannel 通道
	public static SocketChannel open();
	// 设置阻塞或非阻塞模式，取值 false 表示采用非阻塞模式
	public final SelectableChannel configureBlocking(boolean block);
	// 连接服务器
	public boolean connect(SocketAddress remote);
	// 如果上面的方法连接失败，接下来就要通过该方法完成连接操作
	public boolean finishConnect();
	// 往通道里写数据
	public int write(ByteBuffer src);
	// 从通道里读数据
	public int read(ByteBuffer dst);
	// 注册一个选择器并设置监听事件，最后一个参数可以设置共享数据
	public final SelectionKey register(Selector sel, int ops, Object att);
	// 关闭通道
	public final void close();
}

6.5 Selector、SelectionKey、ServerScoketChannel、SocketChannel关系梳理（重要 重要）

对上图的说明:

1. 当客户端连接时，会通过 ServerSocketChannel （ServerSocketChannel也需要注册到selector上）得到 SocketChannel；
2. Selector 进行监听 ，通过 select() 方法, 返回有事件发生的通道的个数；
3. socketChannel调用 register(Selector sel, int ops) 方法，注册到Selector上，一个selector上可以注册多个SocketChannel；
4. socketChannel注册成功后会返回一个 SelectionKey，用于和该Selector 关联，多个socketChannel注册成功后就会有一个 SelectionKey 集合；
5. Selector 通过 select() 方法，返回有事件发生的channel的个数；
6. 进一步得到各个 SelectionKey (有事件发生的channel的SelectionKey )；
7. 再通过 SelectionKey 反向获取 SocketChannel （通过 channel() 方法）；
8. 可以通过 得到的 channel，完成业务处理。

register(Selector sel, int ops)中的ops是什么？

public abstract class SelectionKey {
	public static final int OP_READ = 1 << 0;
	public static final int OP_WRITE = 1 << 2;
	public static final int OP_CONNECT = 1 << 3;
	public static final int OP_ACCEPT = 1 << 4;
}

6.6 应用实例 - NIO 非阻塞 网络编程快速入门

6.6.1 服务器端代码

public class NIOServer {

    public static void main(String[] args) throws IOException {

        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();

        // 获取 Selector 对象
        Selector selector = Selector.open();

        // 绑定端口 6666 在服务端监听
        serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(6666));
        // 设置为非阻塞
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);

        // 注意：ServerSocketChannel 也需要注册到 Selector 上
        // 因为客户端总得需要一个通道来通知Server，然后Server再分配一个和cient的单独通道
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

        // 循环等待客户端连接
        while (true) {
            // 等待1秒，如果没有事件发生，返回
            if (selector.select(1000) == 0) {
                System.out.println("服务器等待了1秒，客户端无连接");
                continue;
            }
            // 获取发生关注事件的channel的SelectionKey集合
            Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();

            Iterator<SelectionKey> keyIterator = selectionKeys.iterator();

            while (keyIterator.hasNext()) {
                // 获取 SelectionKey
                SelectionKey key = keyIterator.next();
                // 根据 SelectionKey 对应的 channel 发生的事件做相应的处理
                if (key.isAcceptable()) { // 如果是 OP_ACCEPT，代表有新的客户端连接Server
                    // 分配一个 SocketChannel 给客户端
                    SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
                    System.out.println("客户端连接成功，生成了一个socketChannel "+socketChannel.hashCode());
                    // 将 socketChannel 设置为 非阻塞
                    socketChannel.configureBlocking(false);
                    // 将这个 SocketChannel 注册到 selector，关注事件为 OP_READ，
                    // 同时关联一个Buffer
                    socketChannel.register(selector,SelectionKey.OP_READ, ByteBuffer.allocate(1024));
                }

                if (key.isReadable()) {// 发生 事件为 OP_READ
                    // 通过 key 反向获取到 channel
                    SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();
                    // 获取到该channel关联的buffer
                    ByteBuffer buffer = (ByteBuffer) key.attachment();
                    // 将 channel 中的数据读入到 Buffer 中
                    socketChannel.read(buffer);
                    System.out.println("客户端的数据："+new String(buffer.array()));

                }
                // 手动从集合中移除当前的 selectionKey，防止重复操作
                keyIterator.remove();

            }

        }

    }
}

6.6.2 客户端代码

public class NIOClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 得到一个网络通道
        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
        // 设置非阻塞模式
        socketChannel.configureBlocking(false);
        // 提供服务器端的 ip 和 port
        InetSocketAddress inetSocketAddress = new InetSocketAddress("127.0.0.1", 6666);
        // 连接服务器，非阻塞式连接
        if (!socketChannel.connect(inetSocketAddress)) {
            while (!socketChannel.finishConnect()) {
                System.out.println("因为连接需要时间，客户端不会阻塞，可以做其它工作");
            }
        }
        // 如果连接成功就发送数据
        String str = "hello world";
        // 根据字节数的大小，自动设置buffer的大小
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.wrap(str.getBytes());
        // 发送数据，将buffer中的数据写入到channel
        socketChannel.write(byteBuffer);
        System.in.read();

    }
}