流殃的博客

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从之前的常见的IO模型文章中，可以看出java nio是属于第三种，io多路复用的一种。

前提条件

NIO的实现，是基于底层的选择器的系统调用。NIO的选择器，需要底层操作系统提供支持。所以说一定要在操作系统层面适配才行

组成部分

通道（Channel）

在网络的连接当中，还有两种流，输入流和输出流，输入流和输出流都可以都是从通道开始

Selector选择器

什么是选择器？
它一个IO事件的查询器。通过选择器，一个线程可以查询多个通道的IO事件的就绪状态。
实现IO多路复用，从具体的开发层面来说，首先把通道注册到选择器中，然后通过选择器内部的机制，可以查询（select）这些注册的通道是否有已经就绪的IO事件（例如可读、可写、网络连接完成等）。
一个选择器只需要一个线程进行监控，换句话说，我们可以很简单地使用一个线程，通过选择器去管理多个通道。这是非常高效的，这种高效来自于Java的选择器组件Selector，以及其背后的操作系统底层的IO多路复用的支持。

缓冲区（Buffer）

NIO的Buffer（缓冲区）本质上是一个内存块，既可以写入数据，也可以从中读取数据。NIO的Buffer类，是一个抽象类，位于java.nio包中，其内部是一个内存块（数组）。

Buffer类是一个非线程安全类。

分类

Buffer类是一个抽象类，对应于Java的主要数据类型，在NIO中有8种缓冲区类，分别如下：ByteBuffer、CharBuffer、DoubleBuffer、FloatBuffer、IntBuffer、LongBuffer、ShortBuffer、MappedByteBuffer。
前7种Buffer类型，覆盖了能在IO中传输的所有的Java基本数据类型。第8种类型MappedByteBuffer是专门用于内存映射的一种ByteBuffer类型。
实际上，使用最多的还是ByteBuffer二进制字节缓冲区类型

属性

public abstract class Buffer {
    // Invariants: mark <= position <= limit <= capacity
    //可以将当前的position临时存入mark中；需要的时候，可以再从mark标记恢复到position位置。
    private int mark = -1;
    //读写位置
    private int position = 0;
    //读写的限制
    private int limit;
    //容量
    private int capacity;
    }
capacity属性

Buffer类的capacity属性，表示内部容量的大小。一旦写入的对象数量超过了capacity容量，缓冲区就满了，不能再写入了。
Buffer类的capacity属性一旦初始化，就不能再改变。原因是什么呢？Buffer类的对象在初始化时，会按照capacity分配内部的内存。在内存分配好之后，它的大小当然就不能改变了。
再强调一下，capacity容量不是指内存块byte[]数组的字节的数量。capacity容量指的是写入的数据对象的数量。
前面讲到，Buffer类是一个抽象类，Java不能直接用来新建对象。使用的时候，必须使用Buffer的某个子类，例如使用DoubleBuffer，则写入的数据是double类型，如果其capacity是100，那么我们最多可以写入100个double数据。

position属性

表示当前的位置。position属性与缓冲区的读写模式有关。在不同的模式下，position属性的值是不同的。当缓冲区进行读写的模式改变时，position会进行调整。
在写入模式下，position的值变化规则如下：

  1. 在刚进入到写模式时，position值为0，表示当前的写入位置为从头开始。
  2. 每当一个数据写到缓冲区之后，position会向后移动到下一个可写的位置。
  3. 初始的position值为0，最大可写值position为limit-1。当position值达到limit时，缓冲区就已经无空间可写了。
    读模式下，position的值变化规则如下：
  4. 当缓冲区刚开始进入到读模式时，position会被重置为0。
  5. 当从缓冲区读取时，也是从position位置开始读。读取数据后，position向前移动到下一个可读的位置。
  6. position最大的值为最大可读上限limit，当position达到limit时，表明缓冲区已经无数据可读。
limit属性

示读写的最大上限。limit属性，也与缓冲区的读写模式有关。在不同的模式下，limit的值的含义是不同的。

  • 在写模式下，limit属性值的含义为可以写入的数据最大上限。在刚进入到写模式时，limit的值会被设置成缓冲区的capacity容量值，表示可以一直将缓冲区的容量写满。
  • 在读模式下，limit的值含义为最多能从缓冲区中读取到多少数据。
    一般来说，是先写入再读取。当缓冲区写入完成后，就可以开始从Buffer读取数据，可以使用flip翻转方法，这时，limit的值也会进行非常大的调整。

image.png

模式转换

image.png

常用方法

flip
    public final Buffer flip() {
        limit = position;
        position = 0;
        mark = -1;
        return this;
    }

从上面代码来看，非常简单的逻辑，就是让position为0，limit为position，mark重新等于-1，也就是删除了刚才临时存的位置的值

allocate
    public static IntBuffer allocate(int capacity) {
        if (capacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        return new HeapIntBuffer(capacity, capacity);
    }

这个方法的作用就是分配内存

get方法
 public abstract int get();

需要注意的是，在position和limit相等之后，是不能再获取的，这样会产生BufferUnderflowException异常
这里强调一下，在读完之后，是否可以立即进行写入模式呢？不能。现在还处于读取模式，我们必须调用Buffer.clear()或Buffer.compact()，即清空或者压缩缓冲区，才能变成写入模式，让其重新可写

rewind方法
    public final Buffer rewind() {
        position = 0;
        mark = -1;
        return this;
    }

从上面代码可以看出这个方法的简单逻辑，即position为0，临时标记重新为初始值，limit不变

mark方法
    public final Buffer mark() {
        mark = position;
        return this;
    }

Buffer.mark()方法的作用是将当前position的值保存起来，放在mark属性中，让mark属性记住这个临时位置；之后，可以调用Buffer.reset()方法将mark的值恢复到position中。

reset方法
    public final Buffer reset() {
        int m = mark;
        if (m < 0)
            throw new InvalidMarkException();
        position = m;
        return this;
    }
clear方法
    public final Buffer clear() {
        position = 0;
        limit = capacity;
        mark = -1;
        return this;
    }

在读取模式下，调用clear()方法将缓冲区切换为写入模式。此方法会将position清零，limit设置为capacity最大容量值，可以一直写入，直到缓冲区写满

buffer使用步骤

  1. 使用创建子类实例对象的allocate()方法，创建一个Buffer类的实例对象。
  2. 调用put方法，将数据写入到缓冲区中。
  3. 写入完成后，在开始读取数据前，调用Buffer.flip()方法，将缓冲区转换为读模式。
  4. 调用get方法，从缓冲区中读取数据。
  5. 读取完成后，调用Buffer.clear() 或Buffer.compact()方法，将缓冲区转换为写入模式。

代码测试

package com.example.demo;
import java.nio.IntBuffer;

public class people {
    public static void main(String[] args) {
        IntBuffer intBuffer = IntBuffer.allocate(20);
        System.out.println("position:"+intBuffer.position());
        System.out.println("limit:"+intBuffer.limit());
        System.out.println("capacity:"+intBuffer.capacity());
        System.out.println("----------------------------------");
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            intBuffer.put(i);
        }
        System.out.println("position:"+intBuffer.position());
        System.out.println("limit:"+intBuffer.limit());
        System.out.println("capacity:"+intBuffer.capacity());
        System.out.println("----------------------------------");
        intBuffer.flip();
        System.out.println("position:"+intBuffer.position());
        System.out.println("limit:"+intBuffer.limit());
        System.out.println("capacity:"+intBuffer.capacity());
    }
}

执行结果是：
image.png

参考：

  • 《Netty、Redis、Zookeeper高并发实战》

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