NIO三大组件和ByteBuffer

news2024/12/28 12:06:22

一、NIO三大组件

1、Channel

2、Buffer

3、Selector

二、ByteBuffer

1、基本使用

2、内部结构

3、常用方法

allocate方法

读取方法

字符串与ByteBuffer互转

Scattering Reads

4、念包、半包问题

三、文件编程

1、FileChannel

2、两个Channel传输数据

3、Path

4、Files

一、NIO三大组件

non-blocking io 非阻塞IO

1、Channel

Channel就是通道，在这里是指数据的双向通道，可以从channel将数据读入buffer，也可以将buffer的数据写入channel，而之前的stream要么是输入，要么是输出，channel比stream更底层

常见的Channel有：

FileChannel：做文件的数据传输通道
DatagramChannel：UDP传输的数据通道
SocketChannel：是做TCP的时候的数据传输通道（客户端服务器都能用）
ServerSocketChannel：是做TCP的时候的数据传输通道（专用服务器）

2、Buffer

buffer则用来缓冲读写数据，常见的buffer有：

ByteBuffer（字节为单位缓存数据的）是抽象类，实现类有：

MapperByteBuffer
DirectByteBuffer
HeapByteBuffer

3、Selector

selector单从字面意思是选择器，需要结合服务器的设计演化来理解它的用途

服务器处理多个客户端的通信，每次来一个就为客户端创建一个线程为客户端提供服务，如果多个就开多个线程，每个线程专门管理一个连接，当连接数很多的时候，就不行了，因为线程会占用内存，每个线程都会占用内存，当1000个线程的时候就很大了，内存会撑不住。但是cpu核数有限，所以线程上下文切换成本高，这种只适合连接数少的场景。

改进为线程池就可以限制线程数量了，但是这样会让socket工作在堵塞模式下，因为一个线程要管理多个socket连接，一个时间只能处理一个，其余会阻塞（线程一个时间只能处理一个socket，直到这个socket断开连接，才能退出，即使这个socket并没有读写请求也得在上面等），所以只适合短连接的场景。

二、ByteBuffer

1、基本使用

初始化一个大小为10字节缓冲区，然后循环取写入读取，channel就是个读取数据的通道，每次读出来的数据就存在buffer中，然后调用buffer中的api去获取数据

ByteBuffer正确使用姿势：

向buffer写入数据，例如调用channel.read（buffer）
调用flip()切换到读模式
从buffer读取数据，例如调用buffer.get(）
调用clear()或compact()切换到写模式
重复1-4的步骤

2、内部结构

ByteBuffer有以下重要的属性

capacity 容量
position 读写指针，索引下标
limit 读写的限制，应该读多少字节写多少字节

写模式下，position是写入位置，limit等于容量，下图表示写入4个字节后的状态

filp动作发生后，position切换为读取位置，limit切换为读取限制（写的最后一个位置）

读取4个字节后，状态

发生clear动作后，状态从读模式切换到写模式

compact方法，是把为读完的部分向前压缩，然后切换至写模式

3、常用方法

allocate方法

ByteBuffer.allocate()方法可以传入参数，为ByteBuffer分配内存，是固定的，不可以动态调节，超过这个容量就会报错，netty对byteBuffer做了增强可以动态调整。

使用allocate方法初始化使用的是Java的堆内存（读写效率较低，会收到GC的影响，GC的标记整理和复制都可能会数据拷贝），用allocateDirect()方法初始化使用的是直接内存（读写效率较高，会少一次数据拷贝；分配内存的效率低，使用不当可能会内存泄漏）

读取方法

rewind()：可以重复的读取数据，本来按顺序读取一次就往后移动指针，但是rewind的源码会把指针直接移动到0重新读取。与rewind搭配使用的还有mark和reset方法，mark会记录当前的position位置，reset会将position重置到mark的位置，这两个就是为rewind做增强。