深刻Java網絡編程與NIO（三）

Java NIO 與 Netty NIO

NIO的特性/NIO與IO區別:

• 1)IO是面向流的，NIO是面向緩衝區的；
• 2)IO流是阻塞的，NIO流是不阻塞的;
• 3)NIO有選擇器，而IO沒有。

讀數據和寫數據方式:

• 從通道進行數據讀取 ：建立一個緩衝區，而後請求通道讀取數據。
• 從通道進行數據寫入 ：建立一個緩衝區，填充數據，並要求通道寫入數據。

NIO三大核心組件:Channels 、Buffers 、Selectors
Netty對應也有幾大組件：

Channel: 它表明一個到實體(如一個硬件設備、一個文件、一個網絡套接字或者一個可以執行一個或者多個不一樣的I/O操做的程序組件)的開放鏈接，如讀操做和寫操做；將會爲每一個channel分配一個EventLoop
EventLoop: 控制流、多線程處理、併發
EventLoopGroup
ChannelHandler: 爲了響應特定事件而被執行的回調: 每個handler都在一個HanderPipeline中
ChannelFuture: 異步通知

1.Buffers

其實核心是最後的 ByteBuffer，前面的一大串類只是包裝了一下它而已，咱們使用最多的一般也是 ByteBuffer。
MappedByteBuffer 用於實現直接內存映射mmp。

Buffer 和數組差很少，它有 position、limit、capacity 幾個重要屬性。put() 一下數據、flip() 切換到讀模式、而後用 get() 獲取數據、clear() 一下清空數據、從新回到 put() 寫入數據。

ByteBuffer

NIO的數據傳輸是基於緩衝區的，ByteBuffer正是NIO數據傳輸中所使用的緩衝區抽象。ByteBuffer支持在 堆外分配內存DirectBuffer，而且嘗試避免在執行I/O操做中的多餘複製。經過JNI調用來在堆外分配內存（調用malloc()函數在JVM堆外分配內存），這主要是爲了不額外的緩衝區複製操做。
通常的I/O操做都須要進行系統調用，這樣會先切換到內核態，內核態要先從文件讀取數據到它的緩衝區，只有等數據準備完畢後，纔會從內核態把數據寫到用戶態，所謂的阻塞IO其實就是說的在等待數據準備好的這段時間內進行阻塞。若是想要避免這個額外的內核操做，能夠經過使用mmap（虛擬內存映射）的方式來讓用戶態直接操做文件。

Netty 中的 ByteBuf

網絡傳輸的基本單位是字節，在Java NIO中提供了ByteBuffer做爲字節緩衝區容器，但該類的API使用起來不太方便，因此Netty實現了ByteBuf做爲其替代品，下面是使用ByteBuf的優勢：

相比ByteBuffer使用起來更加簡單。
經過內置的複合緩衝區類型實現了透明的zero-copy。
容量能夠按需增加。
讀和寫使用了不一樣的索引指針。
支持鏈式調用。
支持引用計數與池化。
能夠被用戶自定義的緩衝區類型擴展。

2.Channels

FileChannel：文件通道，用於文件的讀和寫
DatagramChannel：用於 UDP 鏈接的接收和發送
SocketChannel：把它理解爲 TCP 鏈接通道，簡單理解就是 TCP 客戶端
ServerSocketChannel：TCP 對應的服務端，用於監聽某個端口進來的請求

SocketChannel。它能夠看做是 socket 的一個完善類，除了提供 Socket 的相關功能外，還提供了許多其餘特性，如後面要講到的向選擇器註冊的功能。

Socket相關的類圖：

它相似於文件描述符，簡單地來講它表明了一個實體（如一個硬件設備、文件、Socket或者一個可以執行一個或多個不一樣的I/O操做的程序組件）。你能夠從一個Channel中讀取數據到緩衝區，也能夠將一個緩衝區中的數據寫入到Channel。

Netty中的 Channel

• ChannelHandler
  ChannelHandler充當了處理入站和出站數據的應用程序邏輯的容器，該類是基於事件驅動的，它會響應相關的事件而後去調用其關聯的回調函數，例如當一個新的鏈接被創建時，ChannelHandler的channelActive()方法將會被調用。

Netty中處處都充滿了 異步與事件驅動，而回調函數正是用於響應事件以後的操做。因爲異步會直接返回一個結果，因此Netty提供了ChannelFuture（實現了java.util.concurrent.Future）來做爲異步調用返回的佔位符，真正的結果會在將來的某個時刻完成，到時候就能夠經過ChannelFuture對其進行訪問，每一個Netty的出站I/O操做都將會返回一個ChannelFuture。

3.Selectors

Selector 創建在非阻塞的基礎之上，你們常常聽到的多路複用世界中指的就是它，用於實現一個線程管理多個 Channel。

對於 Selector，咱們還須要很是熟悉如下幾個方法：

1. select()

調用此方法，會將上次 select 以後的準備好的 channel 對應的 SelectionKey 複製到 selected set 中。若是沒有任何通道準備好，這個方法會阻塞，直到至少有一個通道準備好。

2. electNow()

功能和 select 同樣，區別在於若是沒有準備好的通道，那麼此方法會當即返回 0。

3. select(long timeout)

看了前面兩個，這個應該很好理解了，若是沒有通道準備好，此方法會等待一會

4. wakeup()

這個方法是用來喚醒等待在 select() 和 select(timeout) 上的線程的。若是 wakeup() 先被調用，此時沒有線程在 select 上阻塞，那麼以後的一個 select() 或 select(timeout) 會當即返回，而不會阻塞，固然，它只會做用一次。