NIO

Channel 通道

通道 Channel 是对原 I/O 包中的流的模拟，可以通过它读取和写入数据

FileChannel：用于文件的数据读写。不支持非阻塞模式。
DatagramChannel：可以通过UDP读写网络中的数据。
SocketChannel：可以通过TCP读写网络中的数据，支持非阻塞模式。
ServerSocketChannel：可以监听新进来的TCP连接，像Web服务器那样。对每一个新进来的连接都会创建一个SocketChannel。

FileChannel.transferTo

将数据从一个文件通道传输到另一个可写入字节通道（WritableByteChannel）,底层也是操作系统的零拷贝

position: 指定从文件通道的哪个位置开始读取数据。
count: 指定最多要传输的字节数。
target: 数据要传输到的目标通道，必须是可写入的字节通道（WritableByteChannel）。
返回实际传输的字节数

java

public class FileChannelDemo {
    static void main(String[] args) throws IOException {
        final RandomAccessFile file = new RandomAccessFile(Constants.NIO_FILE_PATH, "r");

        final SocketChannel clientChannel = SocketChannel.open();
        clientChannel.connect(new InetSocketAddress(Constants.IP, Constants.PORT));
        FileChannel fileChannel = file.getChannel();
        try (file; fileChannel; clientChannel) {
            long position = 0;
            long count = fileChannel.size();
            long transferred;

            while (count >0) {
                transferred  = fileChannel.transferTo(position, count , clientChannel);
                position += transferred;
                count -= transferred;
            }
        }
    }
}

Buffer 缓冲区

给通道发送或者接受数据都得先放到缓冲区中缓冲区本质是一个数组提供了对数据的结构化访问，而且还可以跟进系统的读写进程在Java NIO中，缓冲区（Buffer）是一个对象，用于存储数据。当使用NIO进行I/O操作时，总是先将数据读入到一个缓冲区，或者从一个缓冲区写出数据。缓冲区实质上是一个可以读写数据的内存块，可以被视为一个容器对象

缓冲区的主要特性

容量（Capacity）：缓冲区能够容纳的数据元素的最大数量。在缓冲区创建时被设定且不可改变。
限制（Limit）：缓冲区的第一个不能被读或写的数据的索引。即位于limit后的数据不能被读写。Limit可以被设置且小于等于capacity。
位置（Position）：下一个要被读或写的元素的索引。Position会自动由相应的get()和put()函数更新。
标记（Mark）：一个备忘位置。可以通过mark()方法设定mark = position，通过reset()方法设定position = mark。标记在设定前是未定义的(undefined)。

缓冲区的类型

Java NIO 提供了以下类型的缓冲区，每种类型的缓冲区都管理着其对应的基本类型元素的固定长度列表：

ByteBuffer：字节缓冲区，最常用的类型。
CharBuffer：字符缓冲区。
ShortBuffer：短整型缓冲区。
IntBuffer：整型缓冲区。
LongBuffer：长整型缓冲区。
FloatBuffer：浮点型缓冲区。
DoubleBuffer：双精度浮点型缓冲区。

缓冲区的基本操作

分配（Allocate）：给缓冲区分配指定容量的空间。

java

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10); // 分配一个容量为10的ByteBuffer

写入数据（Put）：将数据写入缓冲区。
java
```
buffer.put((byte) 123); // 写入一个字节
```

翻转（Flip）：从写模式切换到读模式。

java

buffer.flip(); // 切换模式，准备读取刚刚写入的数据

读取数据（Get）：从缓冲区读取数据。
java
```
byte b = buffer.get(); // 读取一个字节
```
重绕（Rewind）：将position设回0，可以重新读取缓冲区中的所有数据。
java
```
buffer.rewind();
```

清空（Clear）：清空缓冲区，为再次写入数据做准备。

java

buffer.clear(); // 清空缓冲区。注意：数据并未被清除，只是位置被重置

java

package com.jasper.nio;

import java.io.IOException;
import java.io.RandomAccessFile;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class FileChannelExample {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("C:\\code\\javaBasic\\IO\\src\\main\\java\\com\\jasper\\nio\\data.txt", "rw");
        FileChannel channel = file.getChannel();
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);
        int read = channel.read(buffer);
        System.out.println("read = " + read);
        while (read != -1){
            buffer.flip();

            while (buffer.hasRemaining()){
                System.out.print((char) buffer.get());
            }
            buffer.clear();
        }
        file.close();
    }
}

java

package com.jasper.nio;

import java.io.*;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class NIOCopyFileDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("C:\\code\\javaBasic\\IO\\src\\main\\java\\com\\jasper\\nio\\data.txt");
        FileChannel fci = fileInputStream.getChannel();
        FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("C:\\code\\javaBasic\\IO\\src\\main\\java\\com\\jasper\\nio\\output.txt");
        FileChannel fco = fileOutputStream.getChannel();

        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        //将读取的数据写到缓冲区
        int read = fci.read(buffer); //此时position = read
        while (read != -1) {
            buffer.flip(); // 准备读取数据    limit设置为当前position position = 0
            fco.write(buffer); // 写入数据
            while (buffer.hasRemaining()){
                System.out.print((char) buffer.get());
            }
            buffer.clear();
        }
        fileInputStream.close();
        fileOutputStream.close();

    }
}

选择器

NIO 实现了 IO 多路复用中的 Reactor 模型，一个线程 Thread 使用一个选择器 Selector 通过轮询的方式去监听多个通道 Channel 上的事件，从而让一个线程就可以处理多个事件。通过配置监听的通道 Channel 为非阻塞，那么当 Channel 上的 IO 事件还未到达时，就不会进入阻塞状态一直等待，而是继续轮询其它 Channel，找到 IO 事件已经到达的 Channel 执行一个线程来处理多个事件

graph TD;
    A[Thread] --> B[Selector]
    B --> C[Channel 1]
    B --> D[Channel 2]
    B --> E[Channel 3]

非阻塞模式的适用场景：网络I/O：在处理网络I/O时，非阻塞模式非常有用，因为网络操作可能会由于各种原因（如网络延迟、对方应用程序处理缓慢等）导致数据不可用。在这种情况下，非阻塞模式允许程序执行其他任务，而不是无休止地等待数据到达。多路复用I/O：通过使用选择器（Selector）和非阻塞通道（如SocketChannel），一个单独的线程可以管理多个网络连接，这对于需要处理成千上万个网络连接的高性能网络服务器尤其重要。 Java NIO的选择器（Selector）是Java NIO中的一个高级组件，用于检查一个或多个NIO通道（Channel），并确定哪些通道准备好了进行读取、写入或连接。选择器使用单个线程来管理多个通道，这是非阻塞I/O的基础，允许你的程序更加高效地使用系统资源。

核心知识点概述：

多路复用：选择器可以同时监控多个通道的I/O状态，这被称为I/O多路复用。这样，单个线程可以管理多个并发的数据传输。
通道注册：通道必须是非阻塞的才能注册到选择器。这通常涉及到SelectableChannel的子类，如SocketChannel或ServerSocketChannel。
选择键：当通道注册到选择器时，选择器会返回一个SelectionKey对象。这个对象代表了注册到该选择器的通道。SelectionKey包含了兴趣集合，
即当前通道感兴趣的操作集合，如读（OP_READ）、写（OP_WRITE）、连接（OP_CONNECT）和接受（OP_ACCEPT）。
选择操作：选择器通过其select()方法检查注册的通道，如果某个通道准备好了进行注册时指定的操作，就会被选择器选中。select()方法返回值表示有多少通道已准备好。
选择集：被选中的通道集合可以通过选择键集来访问，有三种类型：
- keys()：所有注册到该选择器的通道的选择键集合。
- selectedKeys()：准备好至少一个注册操作的通道的选择键集合。
- cancelledKeys()：已取消的键，即将被注销的通道的集合。
阻塞与非阻塞模式： select()方法有阻塞和非阻塞两种模式。阻塞模式会等待至少一个通道准备好，而非阻塞模式（selectNow()）会立即返回，不管是否有通道准备好。
唤醒选择器：可以通过wakeup()方法来唤醒阻塞在select()方法上的选择器。这是一个线程安全的方法，可以从其他线程中调用。

使用选择器的步骤：

打开选择器：
java
```
Selector selector = Selector.open();
```

注册通道：

java

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

选择就绪的通道：

java

int readyChannels = selector.select();
if (readyChannels == 0) continue;

处理就绪的通道：

java

Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
Iterator<SelectionKey> keyIterator = selectedKeys.iterator();
while (keyIterator.hasNext()) {
    SelectionKey key = keyIterator.next();
    if (key.isAcceptable()) {
        // a connection was accepted by a ServerSocketChannel.
    } else if (key.isConnectable()) {
        // a connection was established with a remote server.
    } else if (key.isReadable()) {
        // a channel is ready for reading
    } else if (key.isWritable()) {
        // a channel is ready for writing
    }
    keyIterator.remove();
}

关闭选择器 关闭选择器同时会关闭所有注册到该选择器的通道。
java
```
selector.close();
```

使用选择器时应该注意的是，选择键的interest set是动态的，可以随时改变，但是必须在对应的通道注册到某个选择器之后。此外，选择器本身是安全的，但是大量的I/O操作和选择键集的迭代操作并不是线程安全的，因此需要小心同步。

选择器是实现高性能网络服务器的关键，它允许服务器使用较少的线程来处理大量的并发连接。

NIO2

NIO ​

Channel 通道 ​

FileChannel.transferTo ​

Buffer 缓冲区 ​

缓冲区的主要特性 ​

缓冲区的类型 ​

缓冲区的基本操作 ​

选择器 ​

核心知识点概述： ​

使用选择器的步骤： ​

NIO

Channel 通道

FileChannel.transferTo

Buffer 缓冲区

缓冲区的主要特性

缓冲区的类型

缓冲区的基本操作

选择器

核心知识点概述：

使用选择器的步骤：