Netty学习总结之NIO的核心组件

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Channel

Buffer

Selector

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Channel

Channel 是一种 IO 操作的连接，它代表的是到实体的开放连接，这个实体可以是硬件设备、文件、网络套接字或者可执行 IO 操作（比如读、写）的程序组件。这有点类似与 Linux 系统中：一切皆文件，可以将 Netty 的 Channel 看作到文件的连接，并可以通过 IO 来操作文件。

 针对不同的文件类型又衍生出了不同类型的 Channel：

• SocketChannel：用于 TCP 协议，客户端与服务端之间的 Channel
• ServerSocketChannel：用于 TCP 协议，仅用于服务端的 Channel
• FileChannel：操作普通文件
• DatagramChannel：用于 UDP 协议

ServerSocketChannel 和 SocketChannel 是专门用于 TCP 协议中的。

ServerSocketChannel 是一种服务端的 Channel，只能用在服务端，可以看作是到网卡的一种 Channel，它监听着网卡的某个端口。

SocketChannel 是一种客户端与服务端之间的 Channel，客户端连接到服务器的网卡之后，被服务端的 Channel 监听到，然后与客户端之间建立一个 Channel，这个 Channel 就是 SocketChannel。

不过 Channel 需要和 Buffer 组件一起使用，接下来就看一看什么是Buffer。

Buffer

Buffer 是一个容器，用于存放特定基本类型的数据。Buffer容器它是线性的，有限的序列，元素是某种基本类型的数据。Buffer容器主要有三个属性：capacity、limit、position（容量、极限、位置）。

capacity，比较好理解，Buffer 的容量，即能够容纳多少数据。

limit，这个稍微费脑一些，表示的是最大可写或者最大可读的数据。

position，这个就更难理解一些，表示下一次可使用的位置，针对读模式表示下一个可读的位置，针对写模式表示下一个可写的位置。

那为什么 Buffer 需要和 Channel 一起使用呢？这里打个比方，比如需要运送一批生鲜从 A 地到 B 地，将每只生鲜当作数据，A 地到 B 地之间的公路当作 Channel 通道，运货工具大货车、小货车看作成为不同的网络协议，大货车可以看成TCP、小货车可以看成UDP，而装生鲜的箱子可以看成Buffer，所以只有将箱子（Buffer）和公路（Channel）一起使用，并且通过货车（Protocol）协议才可以达到良好的效果。

Buffer的几个重要的方法：

分配一个 Buffer：allocate ()

写入数据：buf.put () 或者 channel.read (buf)，read 为 read to 的意思，从 channel 读出并写入 buffer

切换为读模式：buf.flip ()，调换这个buffer的位置，并且设置当前位置为0，将缓存字节数组的下标调增为0，以便从头读取缓存区中的所有数据

读取数据：buf.read () 或者 channel.write (buf)，write 为 write from 的意思，从 buffer 读出并写入 channel

重新读取或重新写入：rewind ()，重置 position 为 0，limit 和 capacity 保持不变，可以重新读取或重新写入数据

清空数据：buf.clear ()，清空所有数据

压缩数据：buf.compact ()，清除已读取的数据，并将未读取的数据往前移

Selector

Selector 和 Channel 之间有什么关系？Selector 和 Channel 是一对多的关系，一个 Selector 可以为多个 Channel 服务，监听它们准备好的事件。Selector 就像饭店中的服务员一样，一个服务员是可以服务于多位顾客的，时刻监听着顾客的吩咐。

 创建 selector 并将 相关事件注册到 selector 上

// 创建选择器
Selector selector = Selector.open();

// 设置为非阻塞状态
serverSocketChannel.configureBlocking(false);
// 将accept事件绑定到selector上
serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

什么是事件？事件是 Channel 感兴趣的事情，比如读事件、写事件等等，在 Java 中，定义了四种事件，位于 SelectionKey 这个类中：

读事件：SelectionKey.OP_READ = 1 << 0 = 0000 0001

写事件：SelectionKey.OP_WRITE = 1 << 2 = 0000 0100

连接事件：SelectionKey.OP_CONNECT = 1 << 3 = 0000 1000

接受连接事件：SelectionKey.OP_ACCEPT = 1 << 4 = 0001 0000

Channel、Buffer、Selector共同使用

public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建一个selector
        Selector selector = Selector.open();
        // 创建一个serverSocketChannel
        ServerSocketChannel channel = ServerSocketChannel.open();
        // 绑定8080端口
        channel.bind(new InetSocketAddress(8002));
        // 设置为非阻塞状态
        channel.configureBlocking(false);
        // 将channel注册到selector上，并注册Accept事件
        channel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
        System.out.println("server start");
 
        while (true) {
            // 阻塞在select上（第一阶段阻塞）
            selector.select();
 
            // 如果使用的是select(timeout)或selectNow()需要判断返回值是否大于0
 
            // 有就绪的Channel
            Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
            // 遍历selectKeys
            Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
                SelectionKey selectionKey = iterator.next();
                // 如果是accept事件
                if (selectionKey.isAcceptable()) {
                    // 强制转换为ServerSocketChannel
                    ServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel) selectionKey.channel();
                    SocketChannel socketChannel = ssc.accept();
                    System.out.println("accept new conn: " + socketChannel.getRemoteAddress());
                    socketChannel.configureBlocking(false);
                    // 将SocketChannel注册到Selector上，并注册读事件
                    socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                } else if (selectionKey.isReadable()) {
                    // 如果是读取事件
                    // 强制转换为SocketChannel
                    SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) selectionKey.channel();
                    // 创建Buffer用于读取数据
                    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                    // 将数据读入到buffer中（第二阶段阻塞）
                    int length = socketChannel.read(buffer);
                    if (length > 0) {
                        buffer.flip();
                        byte[] bytes = new byte[buffer.remaining()];
                        // 将数据读入到byte数组中
                        buffer.get(bytes);
 
                        // 换行符会跟着消息一起传过来
                        String content = new String(bytes, "UTF-8").replace("\r\n", "");
                        System.out.println("receive msg: " + content);
                    }
                }
                iterator.remove();
            }
        }
    }