深刻Java网络编程与NIO（三）

Java NIO 与 Netty NIO

NIO的特性/NIO与IO区别:

• 1)IO是面向流的，NIO是面向缓冲区的；
• 2)IO流是阻塞的，NIO流是不阻塞的;
• 3)NIO有选择器，而IO没有。

读数据和写数据方式:

• 从通道进行数据读取 ：建立一个缓冲区，而后请求通道读取数据。
• 从通道进行数据写入 ：建立一个缓冲区，填充数据，并要求通道写入数据。

NIO三大核心组件:Channels 、Buffers 、Selectors
Netty对应也有几大组件：

Channel: 它表明一个到实体(如一个硬件设备、一个文件、一个网络套接字或者一个可以执行一个或者多个不一样的I/O操做的程序组件)的开放链接，如读操做和写操做；将会为每一个channel分配一个EventLoop
EventLoop: 控制流、多线程处理、并发
EventLoopGroup
ChannelHandler: 为了响应特定事件而被执行的回调: 每个handler都在一个HanderPipeline中
ChannelFuture: 异步通知

1.Buffers

其实核心是最后的 ByteBuffer，前面的一大串类只是包装了一下它而已，咱们使用最多的一般也是 ByteBuffer。
MappedByteBuffer 用于实现直接内存映射mmp。

Buffer 和数组差很少，它有 position、limit、capacity 几个重要属性。put() 一下数据、flip() 切换到读模式、而后用 get() 获取数据、clear() 一下清空数据、从新回到 put() 写入数据。

ByteBuffer

NIO的数据传输是基于缓冲区的，ByteBuffer正是NIO数据传输中所使用的缓冲区抽象。ByteBuffer支持在 堆外分配内存DirectBuffer，而且尝试避免在执行I/O操做中的多余复制。经过JNI调用来在堆外分配内存（调用malloc()函数在JVM堆外分配内存），这主要是为了不额外的缓冲区复制操做。
通常的I/O操做都须要进行系统调用，这样会先切换到内核态，内核态要先从文件读取数据到它的缓冲区，只有等数据准备完毕后，才会从内核态把数据写到用户态，所谓的阻塞IO其实就是说的在等待数据准备好的这段时间内进行阻塞。若是想要避免这个额外的内核操做，能够经过使用mmap（虚拟内存映射）的方式来让用户态直接操做文件。

Netty 中的 ByteBuf

网络传输的基本单位是字节，在Java NIO中提供了ByteBuffer做为字节缓冲区容器，但该类的API使用起来不太方便，因此Netty实现了ByteBuf做为其替代品，下面是使用ByteBuf的优势：

相比ByteBuffer使用起来更加简单。
经过内置的复合缓冲区类型实现了透明的zero-copy。
容量能够按需增加。
读和写使用了不一样的索引指针。
支持链式调用。
支持引用计数与池化。
能够被用户自定义的缓冲区类型扩展。

2.Channels

FileChannel：文件通道，用于文件的读和写
DatagramChannel：用于 UDP 链接的接收和发送
SocketChannel：把它理解为 TCP 链接通道，简单理解就是 TCP 客户端
ServerSocketChannel：TCP 对应的服务端，用于监听某个端口进来的请求

SocketChannel。它能够看做是 socket 的一个完善类，除了提供 Socket 的相关功能外，还提供了许多其余特性，如后面要讲到的向选择器注册的功能。

Socket相关的类图：

它相似于文件描述符，简单地来讲它表明了一个实体（如一个硬件设备、文件、Socket或者一个可以执行一个或多个不一样的I/O操做的程序组件）。你能够从一个Channel中读取数据到缓冲区，也能够将一个缓冲区中的数据写入到Channel。

Netty中的 Channel

• ChannelHandler
  ChannelHandler充当了处理入站和出站数据的应用程序逻辑的容器，该类是基于事件驱动的，它会响应相关的事件而后去调用其关联的回调函数，例如当一个新的链接被创建时，ChannelHandler的channelActive()方法将会被调用。

Netty中处处都充满了 异步与事件驱动，而回调函数正是用于响应事件以后的操做。因为异步会直接返回一个结果，因此Netty提供了ChannelFuture（实现了java.util.concurrent.Future）来做为异步调用返回的占位符，真正的结果会在将来的某个时刻完成，到时候就能够经过ChannelFuture对其进行访问，每一个Netty的出站I/O操做都将会返回一个ChannelFuture。

3.Selectors

Selector 创建在非阻塞的基础之上，你们常常听到的多路复用世界中指的就是它，用于实现一个线程管理多个 Channel。

对于 Selector，咱们还须要很是熟悉如下几个方法：

1. select()

调用此方法，会将上次 select 以后的准备好的 channel 对应的 SelectionKey 复制到 selected set 中。若是没有任何通道准备好，这个方法会阻塞，直到至少有一个通道准备好。

2. electNow()

功能和 select 同样，区别在于若是没有准备好的通道，那么此方法会当即返回 0。

3. select(long timeout)

看了前面两个，这个应该很好理解了，若是没有通道准备好，此方法会等待一会

4. wakeup()

这个方法是用来唤醒等待在 select() 和 select(timeout) 上的线程的。若是 wakeup() 先被调用，此时没有线程在 select 上阻塞，那么以后的一个 select() 或 select(timeout) 会当即返回，而不会阻塞，固然，它只会做用一次。