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。

讀資料和寫資料方式:

• 從通道進行資料讀取 ：建立一個緩衝區，然後請求通道讀取資料。
• 從通道進行資料寫入 ：建立一個緩衝區，填充資料，並要求通道寫入資料。

NIO三大核心元件:Channels 、Buffers 、Selectors
Netty對應也有幾大元件：

Channel: 它代表一個到實體(如一個硬體裝置、一個檔案、一個網路套接字或者一個能夠執行一個或者多個不同的I/O操作的程式元件)的開放連線，如讀操作和寫操作；將會為每個channel分配一個EventLoop
EventLoop: 控制流、多執行緒處理、併發
EventLoopGroup
ChannelHandler: 為了響應特定事件而被執行的回撥: 每一個handler都在一個HanderPipeline中
ChannelFuture: 非同步通知

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，我們使用最多的通常也是 ByteBuffer。
MappedByteBuffer 用於實現直接記憶體對映mmp。

Buffer 和陣列差不多，它有 position、limit、capacity 幾個重要屬性。put() 一下資料、flip() 切換到讀模式、然後用 get() 獲取資料、clear() 一下清空資料、重新回到 put() 寫入資料。

ByteBuffer

NIO的資料傳輸是基於緩衝區的，ByteBuffer正是NIO資料傳輸中所使用的緩衝區抽象。ByteBuffer支援在 堆外分配記憶體DirectBuffer

Netty 中的 ByteBuf

網路傳輸的基本單位是位元組，在Java NIO中提供了ByteBuffer作為位元組緩衝區容器，但該類的API使用起來不太方便，所以Netty實現了ByteBuf作為其替代品，下面是使用ByteBuf的優點：

相比ByteBuffer使用起來更加簡單。
通過內建的複合緩衝區型別實現了透明的zero-copy。
容量可以按需增長。
讀和寫使用了不同的索引指標。
支援鏈式呼叫。
支援引用計數與池化。
可以被使用者自定義的緩衝區型別擴充套件。

2.Channels

FileChannel：檔案通道，用於檔案的讀和寫
DatagramChannel：用於 UDP 連線的接收和傳送
SocketChannel：把它理解為 TCP 連線通道，簡單理解就是 TCP 客戶端
ServerSocketChannel：TCP 對應的服務端，用於監聽某個埠進來的請求

SocketChannel。它可以看作是 socket 的一個完善類，除了提供 Socket 的相關功能外，還提供了許多其他特性，如後面要講到的向選擇器註冊的功能。

Socket相關的類圖：

它類似於檔案描述符，簡單地來說它代表了一個實體（如一個硬體裝置、檔案、Socket或者一個能夠執行一個或多個不同的I/O操作的程式元件）。你可以從一個Channel中讀取資料到緩衝區，也可以將一個緩衝區中的資料寫入到Channel。

Netty中的 Channel

• ChannelHandler
  ChannelHandler充當了處理入站和出站資料的應用程式邏輯的容器，該類是基於事件驅動的，它會響應相關的事件然後去呼叫其關聯的回撥函式，例如當一個新的連線被建立時，ChannelHandler的channelActive()方法將會被呼叫。

Netty中到處都充滿了 非同步與事件驅動，而回調函式正是用於響應事件之後的操作。由於非同步會直接返回一個結果，所以Netty提供了ChannelFuture（實現了java.util.concurrent.Future）來作為非同步呼叫返回的佔位符，真正的結果會在未來的某個時刻完成，到時候就可以通過ChannelFuture對其進行訪問，每個Netty的出站I/O操作都將會返回一個ChannelFuture。

3.Selectors

Selector 建立在非阻塞的基礎之上，大家經常聽到的多路複用世界中指的就是它，用於實現一個執行緒管理多個 Channel。

對於 Selector，我們還需要非常熟悉以下幾個方法：

1. select()

呼叫此方法，會將上次 select 之後的準備好的 channel 對應的 SelectionKey 複製到 selected set 中。如果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 一樣，區別在於如果沒有準備好的通道，那麼此方法會立即返回 0。

3. select(long timeout)

看了前面兩個，這個應該很好理解了，如果沒有通道準備好，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) 上的執行緒的。如果 wakeup() 先被呼叫，此時沒有執行緒在 select 上阻塞，那麼之後的一個 select() 或 select(timeout) 會立即返回，而不會阻塞，當然，它只會作用一次。