2. NIO概述

  多线程是解决socket的阻塞问题的一种方法，但该方法的问题是线程的最大数一般有限制，而且多个线程频繁的上下文切换需要消耗大量的系统资源。一个解决方法是采用线程池，但对于长连接采用线程池显然无法解决问题，通常采用的方式为NIO(非阻塞IO或IO复用)、AIO（异步IO）。java在1.7版本的时候开始支持AIO，BIO跟NIO早已支持。
 linux中io复用有select/poll跟epoll两种方式。select的缺陷是监听的文件描述符数量有限制，并且每次select调用会把描述符从用户空间拷贝到内核，有事件通知时需要遍历整个描述符集合。而epoll解决了select这两个缺陷，它只通知有事件发生的文件描述符，通常epoll的性能比select要高。另外作为非阻塞IO, select或者epoll_wait仍为阻塞函数，若该函数返回，表示其监听的描述符中有一个或多个有事件发生，比如有一个客户端连接、有读写事件等, 而接受到通知并不表示IO事件已经完成，表示我们可以进行相应IO操作了，此时该操作不阻塞。NIO的编程模型如下：

while(true){
  finfds = select(fds);
  for(fd : fdsfinfds ){
    if(fd is readable) handleRead(fd);
    else if(fd is writeable) handleWrite(fd);
    else if(fd is acceptable) handleAccept(fd);
    else
       ....
  }
}

一、Java NIO

    java的NIO主要有3个部分组成：
1. 缓冲区(Buffer)：实际上就是一个经过包装的数组
2. 通道(Channel)：相当于一根水管，连接IO设备与Buffer。跟输入输出流很相似
3. 监听器(Selector)：监听器，监听IO设备是否就绪

二、Channel

  Channel根据作用不同分为
1、FileChannel：文件读写。FileChannel总是阻塞的，所以NIO应该是new io的简称
2、ServerSocketChannel：用于监听TCP连接的请求
3、SocketChannel：处理TCP读写事件
4、DatagramChannel：处理UDP
 Channel总是配合Buffer使用，FileChannel例子如下： 

File file = new File(Thread.currentThread().getContextClassLoader()
                .getResource("1.txt").getPath());

        RandomAccessFile f = new RandomAccessFile(file, "rw");
        FileChannel channel = f.getChannel();

        ByteBuffer bytes = ByteBuffer.allocate(1024);
        CharBuffer chars = CharBuffer.allocate(1024);

        Charset charset = Charset.forName("GBK");
        CharsetDecoder decoder = charset.newDecoder();
        int reads = channel.read(bytes);
        while (reads != -1) {
            bytes.flip();
            chars = decoder.decode(bytes);


            while(chars.hasRemaining())
                System.out.print(chars.get());
            chars.flip();

            bytes.clear();
            chars.clear();
            reads = channel.read(bytes);
        }
        f.close();

三、Buffer

   Buffer有很多种，但本质都是对数组的包装。内部结构如图：

1. capacity: 总容量
2. position：当前读或者写的位置
3. limit：写时表示还剩容量，读时表示总可读容量，在写转读时，设置limit=position
4. filp()：写转读。limit=position,position=0

5. clear()：清空缓存区 position=0,limit=capacity
6. rewind()：position=0, 重读数据
7. compact()：将为读完的数据拷贝到缓存起始部分，设置position为最后一个元素后面
8. mark()与reset()：一个old = position值，一个position=old
9. equals()：针对缓冲区而已，跟里面元素无关。类型一致并且剩余容量相同，认为相等。
9. compareTo()：比较元素
10. DirectByteBuffer：这是跟其他缓冲有本质区别的一种缓冲区。实际上所有的通道操作都需要一个DirectByteBuffer。过程：  

    创建临时的direct ByteBuffer

    复制non-direct buffer中的内容到临时buffer

    使用临时buffer执行IO操作

    临时buffer不被引用，最终被垃圾收集

四、Selector

  selector是一个监听器，一个channel（必须配置成非阻塞）可以自己感兴趣的事件绑定到selector上. select阻塞返回会生成一系列SelectionKey对象，该对象描述了通道的一些属性，比如interest跟ready集合，另外还可以携带一个附加对象。selector监听的事件如下:

1. OP_ACCEPT: 连接请求
2. OP_READ：读
3. OP_WRITE:这个比较特殊。通常写缓冲区都是有空闲空间的，那么会一直才生该事件。所以一般做法是在真正需要写的时候注册该事件，写完后取消该事件
4. OP_CONNECT：客户端连接成功

Selector selector = Selector.open();
channel.configureBlocking(false);
SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
while(true) {
  int readyChannels = selector.select();
  if(readyChannels == 0) continue;
  Set selectedKeys = selector.selectedKeys();
  Iterator 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();
  }
}