Java NIO 基本概念

学Java的都会接触到IO，传统的IO是基于字节流和字符流的，数据只能单向传输，JDK1.5引入了NIO，主要包含三个核心概念，Selector,Buffer和Channel。NIO中数据都是通过缓冲区来操作，缓冲区中数据可以移动，可以通过buffer.flip()来改变读写模式，比如调用channel.read(buffer)从文件中写入数据到buffer,之后调用buffer.flip(),再调用Buffer.get()就可以读取buffer里的数据。

非阻塞

NIO另一个非常重要的特点就是支持非阻塞操作，传统的IO的read和write只能阻塞执行，线程在读写IO期间不能干其他事情，比如调用socket.read()时，如果服务器一直没有数据传输过来，线程就一直阻塞，NIO中可以配置socket为非阻塞模式:

serverSocketChannel.configureBlocking(false);  

NIO中可以在Selector中注册感兴趣的IO事件，比如:

1. Connect
2. Accept
3. Read
4. Write

这4个事件可以用SelectionKey的4个常量来表示:

1. SelectionKey.OP_CONNECT
2. SelectionKey.OP_ACCEPT
3. SelectionKey.OP_READ
4. SelectionKey.OP_WRITE

注册相应的感兴趣的事件之后，调用Selector.select()方法会返回就绪的事件数，然后通过selector.selectedKeys()返回就绪的SelectKey集合，再调用相应的方法读写数据就可以了。这样做的好处是可以在一个线程中注册多个IO事件，对于读写事件不是很频繁的情况可以提高CPU的利用率。

关于Selector

看到Selector源码的应该知道，Selector的实现是基于IO多路复用机制，以Linux系统为例，传统的IO多路复用有select,poll和epoll,epoll由于其采用了事件驱动机制大大提高了IO多路复用的效率得到了广泛的应用，Linux平台下Java的Selector底层就是采用的Epoll，Mac OS采用的是Kqueue。

喜欢网络编程的朋友应该了解过MINA和Netty，是Java语言比较优秀的NIO开源框架，其采用了事件驱动机制(Reactor线程模型)、异步非阻塞，通过Future-Listener机制，用户可以方便的主动获取或者通过通知机制获得IO操作结果。作为当前最流行的NIO框架，Netty在互联网领域、大数据分布式计算领域、游戏行业、通信行业等获得了广泛的应用，一些业界著名的开源组件也基于Netty的NIO框架构建。

关于Buffer

Buffer可以理解为一个连续的基本数据类型的数组，Channel提供从文件、网络读取数据的渠道，但是读写的数据都必须经过Buffer。每种基本数据类型都有对应的Buffer，比如ByteBuffer，CharBuffer。

ByteBuffer有两种模式:直接/间接模式，间接模式是操作堆内存 (byte[])，但是内存毕竟有限,如果我要发送一个1G的文件怎么办?不可能真的去分配1G的内存，这时就必须使用"直接"模式,即MappedByteBuffer内存文件映射，MappedByteBuffer将文件映射到内存中(虚拟内存),文件较大时可以分段映射。

内存映射文件

内存映射文件和普通IO相比的优点：

1. 用户进程把文件看作是内存，不需要再使用read()和write()系统调用
2. 数据自动从磁盘加载到内存，数据更新时自动写入到文件
3. 操作系统的虚拟内存会智能缓存分页，根据内存使用情况自动管理内存
4. 数据永远是分页对齐的

使用举例:

File file = new File(bigExcelFile);  

    //获取FileChannel  
    FileChannel fileChannel = new RandomAccessFile(file, "r").getChannel();  

    //使用channel.map()获取MappedByteBuffer  
    MappedByteBuffer buffer = fileChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, fileChannel.size());  

更多关于MappedByteBuffer的信息可以参考mappedbytebuffer-tutorial