1、Java IO概述

2．Java IO模型介绍

2.1 基本IO说明

I/O 模型简单的理解：就是用什么样的通道进行数据的发送和接收，很大程度上决定了程序通信的性能
主要有三种模型：BIO、NIO、AIO

1. Java BIO ： 同步并阻塞(传统阻塞型)，服务器实现模式为一个连接一个线程，即客户端有连接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理，如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销。【俗话说，占着茅坑不拉屎，这个茅坑还是得被占着】
   

2. Java NIO ： 同步非阻塞，服务器实现模式为一个线程处理多个请求(连接)，即客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器上，多路复用器（Selector）轮询到连接有I/O请求就进行处理。【专门有一个老大哥在巡逻，没有事儿，别占着位置】
   

3. Java AIO： 异步非阻塞，AIO 引入异步通道的概念，采用了 Proactor模式，简化了程序编写，有效的请求才启动线程，它的特点是先由操作系统完成后才通知服务端程序启动线程去处理，一般适用于连接数较多且连接时间较长的应用。

2.2 各个IO的使用场景

1. BIO方式适用于连接数目比较小且固定的架构，这种方式对服务器资源要求比较高，并发局限于应用中，JDK1.4以前的唯一选择，但程序简单易理解。
2. NIO方式适用于连接数目多且连接比较短（轻操作）的架构，比如聊天服务器，弹幕系统，服务器间通讯等。编程比较复杂，JDK1.4开始支持。
3. AIO方式使用于连接数目多且连接比较长（重操作）的架构，比如相册服务器，充分调用OS参与并发操作，编程比较复杂，JDK7开始支持

3. BIO工作机制

是一种阻塞的IO，本质是一个连接一个线程。效率低、资源浪费程度高。

如何进行BIO编程？

1. 服务器端启动一个ServerSocket

2. 客户端启动Socket对服务器进行通信，默认情况下服务器端需要对每个客户 建立一个线程与之通讯

3. 客户端发出请求后, 先咨询服务器是否有线程响应，如果没有则会等待，或者被拒绝

4. 如果有响应，客户端线程会等待请求结束后，在继续执行

看上面的分析图，可以发现阻塞IO会有两个地方会发生阻塞，

1. 如果没有客户端来建立连接，服务器会阻塞
2. 如果客户端没有输入，服务器也会阻塞。

演示代码如下
简单的说明：

1. 使用BIO模型编写一个服务器端，监听8886端口，当有客户端连接时，就启动一个线程与之通讯。

2. 要求使用线程池机制改善，可以连接多个客户端.

3. 服务器端可以接收客户端发送的数据(通过终端的telnet 方式即可)。

/*** 用于处理客户端的连接*/
public void server () throws Exception{ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();// 1. 创建ServerSocket，并且指定服务器端的端口ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8887);System.out.println("Server is start......");// 传统的通过无限循环来感知连接while (true) {// 2. 监听，一直等待客户端连接final Socket socket = serverSocket.accept();System.out.println("a client is connect.....");// 3. 创建一个线程用于处理具体的连接之后的逻辑threadPool.execute(new Runnable() {@Overridepublic void run() {connectHandler(socket);}});}
}/*** 用于处理具体连接的handler.* 这个是建立连接之后处理的请求* @param socket*/
public static void connectHandler (Socket socket) {// 可以通过日志观察，每次创建一个新的连接，服务器端都会创建一个新的线程IdSystem.out.println("线程Id: " +Thread.currentThread().getId());try {// 3.2 提前new一个byte数组，用于存储从inputStream中读取的数据byte[] bytes = new byte[1024];// 4. 接受客户端输入InputStream inputStream = socket.getInputStream();while (true) {// 5. 从inputStream中读取数据，并且存储到提前指定的byte[]中。// 可能很多人对这种方法比较陌生，参数为写入的目的地int byteReadNum = inputStream.read(bytes);// 6. 判断是否有读取到数据if (byteReadNum != -1) {System.out.println(new String(bytes, 0 ,byteReadNum));} else {// 执行完毕，直接跳出break;}}} catch (IOException e) {System.out.println("print some exception.....");}
}

4. NIO编程

4.1 基本介绍

Java NIO 全称 java non-blocking IO，Java 提供了一系列改进的输入/输出的新特性，被统称为 NIO(即 New IO)，是同步非阻塞的

核心内容
Channel(通道)，Buffer(缓冲区), Selector(选择器)

特点

1. Java NIO的非阻塞模式，使一个线程从某通道发送请求或者读取数据，但是它仅能得到目前可用的数据，如果目前没有数据可用时，就什么都不会获取。并且不需要让线程阻塞，所以直至数据变的可以读取之前，该线程可以继续做其他的事情。 非阻塞写也是如此，一个线程请求写入一些数据到某通道，但不需要等待它完全写入，这个线程同时可以去做别的事情。

通俗理解：NIO是可以做到用一个线程来处理多个操作的。假设有10000个请求过来,根据实际情况，可以分配50或者100个线程来处理。不像之前的阻塞IO那样，非得分配10000个。

类似于NIO应用

HTTP2.0使用了多路复用的技术，做到同一个连接并发处理多个请求，而且并发请求的数量比HTTP1.1大了好几个数量级。

4.2 NIO 和 BIO 的比较

1. BIO 以流的方式处理数据,而 NIO 以块的方式处理数据,块 I/O 的效率比流 I/O 高很多

2. BIO 是阻塞的，NIO 则是非阻塞的

3. BIO基于字节流和字符流进行操作，而 NIO 基于 Channel(通道)和 Buffer(缓冲区)进行操作，数据总是从通道读取到缓冲区中，或者从缓冲区写入到通道中。Selector(选择器)用于监听多个通道的事件（比如：连接请求，数据到达等），因此使用单个线程就可以监听多个客户端通道

4.3 NIO三个核心概念

图中有三个核心组件（Selector、Channel、Buffer），各个核心组件有如下关系：

1. 每个Channel对应一个Buffer。
2. Selector对应一个线程，但是一个Selector可以对应多个Channel
3. 程序切换到哪个Channel是由事件（Event）决定的，Event是一个重要的概念。
4. Selector会根据不同的事件在各个Channel上切换
5. Buffer其实就是一个内存块，底层是由一个数组构成
6. BIO中数据的写入是单向的，要么输入，要么输出；而NIO不同，可以读写，需要利用filp进行模式切换。
7. Channel本身是双向的

关于NIO更加深入的理解，可以参见第二章节。

2. NIO核心概念详解

2 Buffer

2.1 Buffer是什么

缓冲区（Buffer）：缓冲区本质上是一个可以读写数据的内存块，可以理解成是一个容器对象（含数组），该对象提供了一组方法，可以更轻松地使用内存块，缓冲区对象内置了一些机制，能够跟踪和记录缓冲区的状态变化情况。

Channel提供从文件、网络读取数据的渠道，但是读取或写入的数据都必须经由Buffer。

2.2 Buffer类详细介绍

2.2.1 几个关键属性含义

属性	含义
mark	用于记录当前position的位置，可以通过reset()恢复position的位置
position	下一次将要读、写的下标索引，该值一般小于等于capacity
limit	缓冲区中可以读、写的最后一个下标值，该值一般小于等于capacity
capacity	缓冲区最大的元素数量，一旦创建就无法改变

一般来说，四个属性的关系应该属于

0 <= mark <= position <= limit <= capacity

如何理解这五个字段
比如下面的例子：

public class BufferExample {public static void main(String[] args) {// 1. 创建一个Buffer，大小为5，即可以存放5个intIntBuffer intBuffer = IntBuffer.allocate(5);// 2. 向buffer中存放数据for (int i = 0; i < intBuffer.capacity(); i++) {intBuffer.put(i * 2);}// 3. 如何从buffer中读取数据，将buffer转换，读写切换intBuffer.flip();// 4. 读取数据while (intBuffer.hasRemaining()) {System.out.println(intBuffer.get());}}
}

第一步：Buffer 刚创建时，capacity = 5 ，固定不变。limit指针指向5，position指向0，mark指向-1。

第二步：之后调用 intBuffer.put方法，向buffer中添加数据，会不断移动position指针，最后position变量会和limit指向相同。

第三步：调用 buffer.flip()实际上是重置了position和limit两个变量，将limit放在position的位置，position放在0的位置。这里只是最后的position和limit位置相同，所以flip后limit位置没变。【limit移到写入的position】

// 简单看看filp()的源码
public final Buffer flip() {limit = position;position = 0;mark = -1;return this;
}

第四步：调用 intBuffer.get()实际上是不断移动position指针，直到它移动到limit的位置。

冗长又无聊的Api介绍

api	具体作用
public final int capacity()	直接返回了此缓冲区的容量
public final int position()	直接返回了此缓冲区指针的当前位置
public final Buffer position(int newPosition);	设置此缓冲区的位置，设置position
public final int limit();	返回此缓冲区的限制
public final Buffer limit(int newLimit);	设置此缓冲区的限制，设置limit
public final Buffer clear();	清除此缓冲区，即将各个标记恢复到初识状态， position = 0;limit = capacity; mark = -1，但是并没有删除数据。
public final Buffer flip();	反转此缓冲区， limit = position;position = 0;mark = -1。
public final boolean hasRemaining();	告知当前位置和限制之间是否有元素。
public abstract boolean isReadOnly();	此方法为抽象方法，告知此缓冲区是否为只读缓冲区，具体实现在各个实现类中。
public abstract boolean hasArray();	告知此缓冲区是否具有可访问的底层实现数组
public abstract Object array();	返回此缓冲区的底层实现数组

Buffer本身是一个抽象的类，根据不同的数据类型，有不同的实现，可以挑选出任意一个实现类，分析具体的方法。

API	具体含义
public static ByteBuffer allocateDirect(int capacity);	创建直接缓冲区
public static ByteBuffer allocate(int capacity) ;	设置缓冲区的初识容量
public abstract byte get();	从当前位置position上get数据，获取之后，position会自动加1
public abstract byte get(int index);	通过绝对位置获取数据。
public abstract ByteBuffer put(byte b);	从当前位置上添加，put之后，position会自动加1
public abstract ByteBuffer put(int index, byte b);	从绝对位置上添加数据

2.2.1 MappedByteBuffer

有什么作用？
MappedByteBuffer可以让文件直接在内存中（堆外内存）修改，操作系统不需要拷贝一次。

主要用法是
参数1: FileChannel.MapMode.READ_WRITE，使用的读写模式
参数2: 0，可以直接修改的起始位置
参数3: 5，是映射到内存的大小(不是文件中字母的索引位置），即将 1.txt 的多少个字节映射到内存，也就是可以直接修改的范围就是 [0, 5)
MappedByteBuffer map(MapMode mode, long position, long size)

public void test() throws IOException {RandomAccessFile randomAccessFile = new RandomAccessFile("1.txt", "rw");//获取对应的文件通道FileChannel channel = randomAccessFile.getChannel();MappedByteBuffer mappedByteBuffer = channel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, 5);mappedByteBuffer.put(0,(byte)'N');mappedByteBuffer.put(3, (byte)'M');//会抛出 IndexOutOfBoundsExceptionmappedByteBuffer.put(5, (byte)'Y');// 关闭文件randomAccessFile.close();
}

2.2.2 Scatter和Gatter

什么是Scatter？Gatter？
**分散（scatter）**从Channel中读取是指在读操作时将读取的数据依次写入多个Buffer中。

**聚集（gather）**写入Channel是指在写操作时依次将多个buffer的数据写入同一个Channel，

scatter和Gatter的演示

public static void testScannerAndGather () {// 利用ServerSocketChannel来演示try {ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();InetSocketAddress inetSocketAddress = new InetSocketAddress(6667);// 服务器绑定端口并且启动serverSocketChannel.socket().bind(inetSocketAddress);// 等待客户端连接SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();// 创建一个Buffer数组ByteBuffer[] bufferArray = new ByteBuffer[2];bufferArray[0] = ByteBuffer.allocate(5);bufferArray[1] = ByteBuffer.allocate(3);// 利用循环不断给buffer数组中写入数据int maxLength = 8;while (true) {// 读取字节的长度int byteReadLength = 0;while (byteReadLength < maxLength) {// 将客户端读入的数据写入到buffer数组中long readLength = socketChannel.read(bufferArray);byteReadLength += readLength;System.out.println("Have read byteReadLength: " + byteReadLength);//使用流打印，看看当前这个buffer的position和limitfor (ByteBuffer buffer : bufferArray) {String s = "position=" + buffer.position() + ", limit = " + buffer.limit();System.out.println(s);}}//读取数据后需要将所有的buffer进行flipArrays.asList(bufferArray).forEach(Buffer::flip);// 将数据显示到客户端上long byteWriteLength = 0;while (byteWriteLength < maxLength) {long l = socketChannel.write(bufferArray);byteWriteLength += l;}// 将所有的 buffer 进行clear操作Arrays.asList(bufferArray).forEach(Buffer::clear);System.out.println("byteRead=" + byteReadLength + ", byteWrite=" + byteWriteLength+ ", msgLength=" + maxLength);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}
}

3. Channel

3.1 什么是Channel

NIO的通道类似于流，但有些区别

1. 通道可以同时进行读写，而流只能读或者只能写
2. 通道可以实现异步读写数据
3. 通道可以从缓存读数据，也可以写数据到缓存

有哪些Channel？

1. 常用的Channel类有：FileChannel、DatagramChannel、ServerSocketChannel（类似ServerSocket）、SocketChannel
   （类似Socket）
2. FileChannel 用于文件数据的读写，DatagramChannel用于UDP数据的读写，ServerSocketChannel和SocketChannel用于TCP数据读写

各个Channel关系如下

3.2 FileChannel

作用：一个连接到文件的通道，可以通过文件通道读写文件。用于读取、写入、映射、操作的channel。
核心方法：

理解的时候可以站在Buffer方向。

API	具体作用
public int read(ByteBuffer dst)	从通道读取数据并放到缓冲区中；此操作也会移动 Buffer 中的position指针，不断往position中放数据，read完成后position指向limit
public int write(ByteBuffer src)	把缓冲区的数据写到通道中；此操作也会不断移动Buffer中的position位置直到limit，读取到的数据就是position到limit这两个指针之间的数据
public long transferFrom(ReadableByteChannel src, long position, long count)	从目标通道中复制数据到当前通道
public long transferTo(long position, long count, WritableByteChannel target)	把数据从当前通道复制给目标通道；该方法拷贝数据使用了零拷贝，通常用来在网络IO传输中，将FileChannel里面的文件数据直接拷贝到与客户端或者服务端连接的Channel里面从而达到文件传输。

例子：

/*** 将message写入到本地文件中** @param message           要写入的文本* @param descFilePath      本地目标文件*/
private static void writeToFile (String message, String descFilePath) {try {// 1. 创建一个用于写入文件的输出流FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(descFilePath);// 2. 通过fileOutputStream获取对应的fileChannel，而底层实际上是FileChannelImplFileChannel channel = fileOutputStream.getChannel();// 3. 创建一个Buffer【解决内容存储的Buffer位置】ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);// 4. 将原message写入到buffer中byteBuffer.put(message.getBytes());// 5. 对ByteBuffer进行反转，开始读取， 将前几步写入的数据读取出来byteBuffer.flip();// 6. 将ByteBuffer数据写入到FileChannel，这一步会不断的移动position直到limitchannel.write(byteBuffer);// 7. 关闭fileOutputStream.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}
}

整体逻辑：

先看几个简单的例子
1、将文本写入到本地文件中

/*** 将message写入到本地文件中** @param message           要写入的文本* @param descFilePath      本地目标文件*/
private static void writeToFile (String message, String descFilePath) {try {// 1. 创建一个用于写入文件的输出流FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(descFilePath);// 2. 通过fileOutputStream获取对应的fileChannel，而底层实际上是FileChannelImplFileChannel channel = fileOutputStream.getChannel();// 3. 创建一个Buffer【解决内容存储的Buffer位置】ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);// 4. 将原message写入到buffer中byteBuffer.put(message.getBytes());// 5. 对ByteBuffer进行反转，开始读取， 将前几步写入的数据读取出来byteBuffer.flip();// 6. 将ByteBuffer数据写入到FileChannel，这一步会不断的移动position直到limitchannel.write(byteBuffer);// 7. 关闭fileOutputStream.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}
}

2、从本地文件中读取文本内容

/*** 从本地文件中读取数据** @param filePath          本地文件路径*/
private static void readFromFile (String filePath) {try {// 1. 将path转化为File，并且创建文件输入流File file  = new File(filePath);FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(file);// 2. 获取对应的FileChannelFileChannel fileChannel = fileInputStream.getChannel();// 3. 创建缓冲区，将数据写入到缓冲区中ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate((int)file.length());// 4. 将通道读入到缓冲区中fileChannel.read(byteBuffer);// 5. 将结果输出成文字System.out.println(new String(byteBuffer.array()));fileInputStream.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}

3、将一个文件内容读取到另一个文件

/*** 将数据从一个文件读取到另一个文件** @param fileFrom      数据源文件* @param fileTo        数据去向*/
private static void readFileToOtherFile (String fileFrom , String fileTo) {try {// 1. 从源文件中读取数据FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(fileFrom);FileChannel inChannel = fileInputStream.getChannel();// 2. 设置读取的文件ChannelFileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(fileTo);FileChannel outChannel = fileOutputStream.getChannel();// 3. 分配自己的buffer用于处理，也就是说每次能够分配多少byte用于传输数据ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(512);while (true){// 清空buffer，由于循环的最后执行了 write 操作，会将 position 移动到 limit 的位置// 清空 Buffer的操作才为上一次的循环重置position的位置// 如果没有重置position，那么上次读取后，position和limit位置一样，读取后read的值永远为0byteBuffer.clear();// 将数据存入 ByteBuffer，它会基于 Buffer 此刻的 position 和 limit 的值，// 将数据放入position的位置，然后不断移动position直到其与limit相等；int read = inChannel.read(byteBuffer);System.out.println("read=" + read);// 表示读完if (read == -1) {break;}// 将buffer中的数据写入到 FileChannel02 ---- 2.txtbyteBuffer.flip();outChannel.write(byteBuffer);}//关闭相关的流fileInputStream.close();fileOutputStream.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}
}

3.3 ServerSocketChannel 和 SocketChannel 类

ServerSocketChannel：主要用于在服务器监听新的客户端Socket连接。
常见的方法有：

方法	解释
public static ServerSocketChannel open()	得到一个 ServerSocketChannel 通道
public final ServerSocketChannel bind(SocketAddress local)	设置服务器监听端口
public final SelectableChannel configureBlocking(boolean block)	用于设置阻塞或非阻塞模式，取值 false 表示采用非阻塞模式
public abstract SocketChannel accept()	接受一个连接，返回代表这个连接的通道对象
public final SelectionKey register(Selector sel, int ops)	将Channel注册到选择器并设置监听事件，也可以在绑定的同时注册多个事件 channel.register(selector,Selectionkey.OP_READ | Selectionkey.OP_CONNECT)

SocketChannel：网络IO通道，具体负责进行读写操作。NIO把缓冲区的数据写入通道，或者把通道里的数据读到缓冲区

方法	含义
public static SocketChannel open()	得到一个SocketChannel通道
public final SelectableChannel configureBlocking(boolean block)	设置阻塞或非阻塞模式，取值 false表示采用非阻塞模式
public abstract boolean connect(SocketAddress remote)	连接服务器
public boolean finishConnect()	完成连接操作
public int write(ByteBuffer src)	往Channel中写入数据
public int read(ByteBuffer dst)	将Channel中的数据读到buffer中
public final SelectionKey register(Selector sel, int ops, Object att)	注册Channel到选择器并设置监听事件
public final void close()	关闭通道

4. Selector选择器

4.1 基本介绍

1. Java 的 NIO，用非阻塞的 IO 方式。可以用一个线程，处理多个的客户端连接，就会使用到Selector(选择器)

2. Selector能够检测多个注册的通道上是否有事件发生(注意:多个Channel以事件的方式可以注册到同一个Selector)，如果有事件发生，便获取事件然后针对每个事件进行相应的处理。这样就可以只用一个单线程去管理多个通道，也就是管理多个连接和请求。

3. 只有在 连接/通道 真正有读写事件发生时，才会进行读写，就大大地减少了系统开销，并且不必为每个连接都创建一个线程，不用去维护多个线程

4. 避免了多线程之间的上下文切换导致的开销

4.2 Selector特点说明

1. Netty的IO线程NioEventLoop聚合了Selector（选择器，也叫多路复用器），可以同时并发处理成百上千个客户端连接。

2. 当线程从某客户端 Socket 通道进行读写数据时，若没有数据可用时，该线程可以进行其他任务。

3. 线程通常将非阻塞 IO 的空闲时间用于在其他通道上执行 IO 操作，所以单独的线程可以管理多个输入和输出通道。

4. 由于读写操作都是非阻塞的，这就可以充分提升 IO 线程的运行效率，避免由于频繁I/O 阻塞导致的线程挂起。

5. 一个 I/O 线程可以并发处理 N 个客户端连接和读写操作，这从根本上解决了传统同步阻塞 I/O 一连接一线程模型，架构的性能、弹性伸缩能力和可靠性都得到了极大的提升。

如何工作？

1、 当客户端连接时，可以通过ServerSocketChannel得到SocketChannel。
2、可以通过register(Selector sel, int ops)，将SocketChannel注册到Selector上，并且一个selector上可以注册多个SocketChannel。
3、注册之后会得到SelectionKey，会与该Selector进行关联。
4、Selector进行监听select方法，并且返回有事件发生的通道的个数。并且进一步得到有事件发生的SelectionKey
5、通过SelectorKey的channel()方法，反向获取SocketChannel。
6、上一步可以得到Channel，然后完成业务的处理。

实例代码演示：实现客户端和服务器端的通信

服务器端Demo

public class GroupChatServer {/*** 定义属性*/private Selector selector;/*** 定义ServerSocketChannel*/private ServerSocketChannel serverSocketChannel;/*** 定义端口*/private static final int SERVER_PORT = 6667;/*** 重写构造方法*/public GroupChatServer () {try {// 1. 得到选择器selector = Selector.open();// 2. 初始化服务器ChannelserverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(SERVER_PORT));// 3. 设置服务器端的阻塞模式serverSocketChannel.configureBlocking(false);// 4. 将Channel注册到Selector中，并且绑定监听事件serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}/*** 写主核心方法** @param args*/public static void main(String[] args) {GroupChatServer groupChatServer = new GroupChatServer();groupChatServer.listen();}/*** 编写服务器的监听方法*/public void listen () {try {// 1. 通过轮询的方式监听while (true) {// 2. 通过select()获取事件个数int count = selector.select();if (count ==  0) {System.out.println("No client connect……please wait.");continue;}if (count > 0 ) {// 3. 获取所有事件对应的keySet<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();// 4. 开始遍历所有的keyIterator<SelectionKey> iteratorKey = selectionKeys.iterator();while (iteratorKey.hasNext()) {// 5. 遍历取出对应的keySelectionKey selectionKey = iteratorKey.next();// 6. 监听是否是连接事件if (selectionKey.isAcceptable()) {// 7. 获取客户端的socketSocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();// 8. 将该socket设置为非阻塞的socketChannel.configureBlocking(false);// 9. 注册所有的读取事件socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);System.out.println(socketChannel.getRemoteAddress() + " is connecting……");}// 10. 如果监听到有读取事件，则开始读取数据if (selectionKey.isReadable()) {// 11.  专门读取客户端的数据readDateFromClient(selectionKey);}iteratorKey.remove();}}}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}/*** 读取客户端数据** @param selectionKey*/private void readDateFromClient(SelectionKey selectionKey) {SocketChannel channel = null;try {// 1. 通过key获取到Channelchannel = (SocketChannel) selectionKey.channel();// 2. 分配缓冲区接纳数据ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);// 3. 开始读取数据，并且判断是否读取到数据int readCount = channel.read(buffer);if (readCount > 0) {// 4. 输出消息System.out.println("Read message from client: " + new String(buffer.array()));// 5. 同时将消息发送给其他客户端sendToOtherClient(buffer, channel);}} catch (IOException e) {// 如果系统抛出了异常，则需要专门处理try {System.out.println(channel.getRemoteAddress() + "is offlined");// 取消通道，并且关闭注册selectionKey.cancel();channel.close();} catch (IOException ex) {ex.printStackTrace();}}}/*** 将消息从一个客户端发送给你另一个客户端** @param buffer                消息buffer* @param fromChannel           客户端Channel*/private void sendToOtherClient(ByteBuffer buffer, SocketChannel fromChannel) {System.out.println("Send message to other client……");// 1. 遍历注册到Selector上面的所有的Channel，当时不要发送给自己了Iterator<SelectionKey> keyIterator = selector.selectedKeys().iterator();while (keyIterator.hasNext()) {SelectionKey key = keyIterator.next();// 2. 同样通过key获取到对应的ChannelChannel channel = key.channel();// 3. channel排除来源于自己if (channel instanceof SocketChannel && channel != fromChannel) {// 转化为对应的SocketChannelSocketChannel destChannel = (SocketChannel) channel;// 存储到buffer中，并且写出try {destChannel.write(buffer);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}}}

客户端Demo

public class GroupChatClient {/*** 服务器IP地址*/private static final String SERVER_HOST = "127.0.0.1";/*** 服务器端口号*/private static final int SERVER_PORT = 6667;/*** 对应的Selector*/private Selector selector;/*** 客户端的Channel*/private SocketChannel socketChannel;/*** 不知道干啥*/private String userName;/*** 重写构造方法*/public GroupChatClient () {try {selector = Selector.open();// 1. 连接到服务器socketChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress(SERVER_HOST, SERVER_PORT));// 2. 设置阻塞状态socketChannel.configureBlocking(false);// 3. 将Channel注册到Selector中socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);// 4. 获取客户端名称，并且打印客户端信息userName = socketChannel.getLocalAddress().toString();System.out.println(userName + " is ok!!!");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}/*** Main方法** @param args*/public static void main(String[] args) {GroupChatClient groupChatClient = new GroupChatClient();// 启动一个线程用户处理服务器的消息new Thread(()->{while (true) {groupChatClient.readMessageFromServer();try {Thread.sleep(3000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}).start();// 主线程用于发送数据给服务器端Scanner scanner = new Scanner(System.in);while (scanner.hasNextLine()) {String s = scanner.nextLine();groupChatClient.sendMessage(s);}}/*** 给服务器发送消息** @param message           消息内容*/public void sendMessage (String message) {message = userName + " say: " + message;try {socketChannel.write(ByteBuffer.wrap(message.getBytes()));} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}/*** 读取从服务器端回复的消息**/public void readMessageFromServer () {// 1. 获取对应的Channeltry {int readChannelCount = selector.select();if (readChannelCount == 0 ) {System.out.println("There is no message from server .");return;}if (readChannelCount > 0) {// 2. 获取所有的key，并且开始遍历所有的keySet<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();Iterator<SelectionKey> keyIterator = selectionKeys.iterator();while (keyIterator.hasNext()) {SelectionKey key = keyIterator.next();// 判断key是否是可读的if (key.isReadable()) {// 通过key获取对应的ChannelSocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();// 分配一个缓冲区ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);// 并且读取数据到缓冲区中channel.read(byteBuffer);// 把缓冲区数据转化为字符串String message = new String(byteBuffer.array());System.out.println("Message read from server, message: " + message);}}}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}

4.3 SelectorKey相关介绍

有什么作用？
Selector通过管理SelectionKey的集合从而去监听各个Channel。
当Channel注册到Selector上面时，会携带该Channel关注的事件 （SelectionKey包含Channel以及与之对应的事件），并会返回一个SelectionKey的对象，Selector将该对象加入到它统一管理的集合中去，从而对Channel进行管理。

有哪些事件？

1、public static final int OP_READ = 1 << 0
表示读操作，代表本Channel已经接受到其他客户端传过来的消息，需要将Channel中的数据读取到Buffer中去

2、public static final int OP_WRITE = 1 << 2
表示写操作，一般临时将Channel的事件修改为它，在处理完后又修改回去。

3、public static final int OP_CONNECT = 1 << 3
代表建立连接。一般在ServerSocketChannel上绑定该事件，结合 channel.finishConnect()在连接建立异常时进行异常处理

4、public static final int OP_ACCEPT = 1 << 4
表示由新的网络连接可以连接。与ServerSocketChannel进行绑定，用于创建新的SocketChannel，并把其注册到Selector上去。

5. NIO的零拷贝

什么是零拷贝？
从操作系统的角度来看，文件的传输不存在CPU的拷贝，只存在DMA拷贝（直接内存拷贝，不使用CPU完成）。零拷贝是网络编程的关键，很多性能优化都离不开它。

有哪些零拷贝类型？
1、mmap（内存映射）
2、sendFile

分析零拷贝需要看看传统文件拷贝是如何做到的。

1. 传统的零拷贝

2. 传统IO提升版本mmap优化的IO读写

主要优化点有：

1. mmap通过内存映射，将文件映射到内核缓冲区，同时，用户空间可以与内存空间共享数据。在进行网络传输时，就可以减少内核空间到用户空间的拷贝次数。
2. 需要进行4次上下文切换，3次数据拷贝
3. 适合小数据量的读写

3. sendFile优化的IO读写

1. 优化原理：数据根本不经过用户态，直接从内核缓冲区进入到SocketBuffer，同时，由于和用户态完全无关，就减少了一次上下文切换。
2. 需要2次上下文切换和最少2此数据拷贝。
3. 适合大文件的传输。

4. sendFile 优化版本

Linux 在 2.4 版本中，做了一些修改，避免了从内核缓冲区拷贝到 Socket Buffer 的操作，直接拷贝到协议栈，从而再一次减少了数据拷贝

注：这里其实有一次CPU拷贝，kernel buffer -> socket buffer。但是，拷贝的信息很少，只拷贝了数据的长度、偏移量等关键信息，消耗低，可以忽略不计。

最后来看看什么是零拷贝？

1. 这里说的零拷贝，是从操作系统角度看，因为内核缓冲区之间，没有数据是重复的。（只有kernal buffer有一份数据）
2. 零拷贝可以带来更少的数据复制，还能带来其他的性能优化，比如线程上下文切换、更少的CPU共享、无CPU校验和计算等

3. Netty概述

为什么需要Netty，或者说原NIO有什么问题呢？

1. NIO 的类库和API繁杂，使用麻烦：需要熟练掌握 Selector、ServerSocketChannel、SocketChannel、ByteBuffer 等。

2. 需要具备其他的额外技能：要熟悉 Java 多线程编程，因为 NIO 编程涉及到 Reactor 模式，你必须对多线程和网络编程非常熟悉，才能编写出高质量的 NIO 程序。

3. 开发工作量和难度都非常大：例如客户端面临断连重连、网络闪断、半包读写、失败缓存、网络拥塞和异常流的处理等等。

4. JDK NIO 的 Bug：例如臭名昭著的 Epoll Bug，它会导致 Selector空轮询，最终导致 CPU 100%。直到 JDK 1.7 版本该问题仍旧存在，没有被根本解决。

3.1 netty概述

Netty有什么优点？
Netty对JDK自带的NIO的API进行了封装，解决了上述问题。

设计优雅：适用于各种传输类型的统一 API 阻塞和非阻塞 Socket；基于灵活且可扩展的事件模型，可以清晰地分离关注点；高度可定制的线程模型 - 单线程，一个或多个线程池.

安全：完整的 SSL/TLS 和 StartTLS 支持

高性能、吞吐量更高：延迟更低；减少资源消耗；最小化不必要的内存复制。

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