缓冲区 Buffer

Buffer 是一个数据对象，我们可以把它理解为固定数量的数据的容器，它包含一些要写入或者读出的数据。

在 Java NIO 中，任何时候访问 NIO 中的数据，都需要通过缓冲区（Buffer）进行操作。读取数据时，直接从缓冲区中读取，写入数据时，写入至缓冲区。NIO 最常用的缓冲区则是 ByteBuffer。下图是 Buffer 继承关系图：

每一个 Java 基本类型都对应着一种 Buffer，他们都包含这相同的操作，只不过是所处理的数据类型不同而已。

通道 Channel

Channel 是一个通道，它就像自来水管一样，网络数据通过 Channel 这根水管读取和写入。传统的 IO 是基于流进行操作的，Channle 和类似，但又有些不同：

区别	流	通过Channel
支持异步	不支持	支持
是否可双向传输数据	不能，只能单向	可以，既可以从通道读取数据，也可以向通道写入数据
是否结合 Buffer 使用	不	必须结合 Buffer 使用
性能	较低	较高

正如上面说到的，Channel 必须要配合 Buffer 一起使用，我们永远不可能将数据直接写入到 Channel 中，同样也不可能直接从 Channel 中读取数据。都是通过从 Channel 读取数据到 Buffer 中或者从 Buffer 写入数据到 Channel 中，如下：

简单点说，Channel 是数据的源头或者数据的目的地，用于向 buffer 提供数据或者读取 buffer 数据，并且对 I/O 提供异步支持。

下图是 Channel 的类图

Channel 为最顶层接口，所有子 Channel 都实现了该接口，它主要用于 I/O 操作的连接。定义如下：

public interface Channel extends Closeable {/*** 判断此通道是否处于打开状态。 */public boolean isOpen();/***关闭此通道。*/public void close() throws IOException;
}

最为重要的Channel实现类为：

FileChannel：一个用来写、读、映射和操作文件的通道
DatagramChannel：能通过 UDP 读写网络中的数据
SocketChannel: 能通过 TCP 读写网络中的数据
ServerSocketChannel：可以监听新进来的 TCP 连接，像 Web 服务器那样。对每一个新进来的连接都会创建一个 SocketChannel

多路复用器 Selector

多路复用器 Selector，它是 Java NIO 编程的基础，它提供了选择已经就绪的任务的能力。从底层来看，Selector 提供了询问通道是否已经准备好执行每个 I/O 操作的能力。简单来讲，Selector 会不断地轮询注册在其上的 Channel，如果某个 Channel 上面发生了读或者写事件，这个 Channel 就处于就绪状态，会被 Selector 轮询出来，然后通过 SelectionKey 可以获取就绪 Channel 的集合，进行后续的 I/O 操作。

Selector 允许一个线程处理多个 Channel ，也就是说只要一个线程复杂 Selector 的轮询，就可以处理成千上万个 Channel ，相比于多线程来处理势必会减少线程的上下文切换问题。下图是一个 Selector 连接三个 Channel ：

实例

服务端

public class NIOServer {/*接受数据缓冲区*/private ByteBuffer sendbuffer = ByteBuffer.allocate(1024);/*发送数据缓冲区*/private  ByteBuffer receivebuffer = ByteBuffer.allocate(1024);private Selector selector;public NIOServer(int port) throws IOException {// 打开服务器套接字通道ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();// 服务器配置为非阻塞serverSocketChannel.configureBlocking(false);// 检索与此通道关联的服务器套接字ServerSocket serverSocket = serverSocketChannel.socket();// 进行服务的绑定serverSocket.bind(new InetSocketAddress(port));// 通过open()方法找到Selectorselector = Selector.open();// 注册到selector，等待连接serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);System.out.println("Server Start----:");}private void listen() throws IOException {while (true) {selector.select();Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();while (iterator.hasNext()) {SelectionKey selectionKey = iterator.next();iterator.remove();handleKey(selectionKey);}}}private void handleKey(SelectionKey selectionKey) throws IOException {// 接受请求ServerSocketChannel server = null;SocketChannel client = null;String receiveText;String sendText;int count=0;// 测试此键的通道是否已准备好接受新的套接字连接。if (selectionKey.isAcceptable()) {// 返回为之创建此键的通道。server = (ServerSocketChannel) selectionKey.channel();// 接受到此通道套接字的连接。// 此方法返回的套接字通道（如果有）将处于阻塞模式。client = server.accept();// 配置为非阻塞client.configureBlocking(false);// 注册到selector，等待连接client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);} else if (selectionKey.isReadable()) {// 返回为之创建此键的通道。client = (SocketChannel) selectionKey.channel();//将缓冲区清空以备下次读取receivebuffer.clear();//读取服务器发送来的数据到缓冲区中count = client.read(receivebuffer);if (count > 0) {receiveText = new String( receivebuffer.array(),0,count);System.out.println("服务器端接受客户端数据--:"+receiveText);client.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE);}} else if (selectionKey.isWritable()) {//将缓冲区清空以备下次写入sendbuffer.clear();// 返回为之创建此键的通道。client = (SocketChannel) selectionKey.channel();sendText="message from server--";//向缓冲区中输入数据sendbuffer.put(sendText.getBytes());//将缓冲区各标志复位,因为向里面put了数据标志被改变要想从中读取数据发向服务器,就要复位sendbuffer.flip();//输出到通道client.write(sendbuffer);System.out.println("服务器端向客户端发送数据--："+sendText);client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);}}public static void main(String[] args) throws IOException {int port = 8080;NIOServer server = new NIOServer(port);server.listen();}}

客户端

public class NIOClient {/*接受数据缓冲区*/private static ByteBuffer sendbuffer = ByteBuffer.allocate(1024);/*发送数据缓冲区*/private static ByteBuffer receivebuffer = ByteBuffer.allocate(1024);public static void main(String[] args) throws IOException {// 打开socket通道SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();// 设置为非阻塞方式socketChannel.configureBlocking(false);// 打开选择器Selector selector = Selector.open();// 注册连接服务端socket动作socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT);// 连接socketChannel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8080));Set<SelectionKey> selectionKeys;Iterator<SelectionKey> iterator;SelectionKey selectionKey;SocketChannel client;String receiveText;String sendText;int count=0;while (true) {//选择一组键，其相应的通道已为 I/O 操作准备就绪。//此方法执行处于阻塞模式的选择操作。selector.select();//返回此选择器的已选择键集。selectionKeys = selector.selectedKeys();//System.out.println(selectionKeys.size());iterator = selectionKeys.iterator();while (iterator.hasNext()) {selectionKey = iterator.next();if (selectionKey.isConnectable()) {System.out.println("client connect");client = (SocketChannel) selectionKey.channel();// 判断此通道上是否正在进行连接操作。// 完成套接字通道的连接过程。if (client.isConnectionPending()) {client.finishConnect();System.out.println("完成连接!");sendbuffer.clear();sendbuffer.put("Hello,Server".getBytes());sendbuffer.flip();client.write(sendbuffer);}client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);} else if (selectionKey.isReadable()) {client = (SocketChannel) selectionKey.channel();//将缓冲区清空以备下次读取receivebuffer.clear();//读取服务器发送来的数据到缓冲区中count=client.read(receivebuffer);if(count>0){receiveText = new String( receivebuffer.array(),0,count);System.out.println("客户端接受服务器端数据--:"+receiveText);client.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE);}} else if (selectionKey.isWritable()) {sendbuffer.clear();client = (SocketChannel) selectionKey.channel();sendText = "message from client--";sendbuffer.put(sendText.getBytes());//将缓冲区各标志复位,因为向里面put了数据标志被改变要想从中读取数据发向服务器,就要复位sendbuffer.flip();client.write(sendbuffer);System.out.println("客户端向服务器端发送数据--："+sendText);client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);}}selectionKeys.clear();}}
}

运行结果

『chenssy』，江湖人称大明哥，专注于【死磕 Java】系列文章创作。
【死磕 Java】系列是大明哥精心打造Java 进阶类系列文章，深入分析 Java 技术核心原理，从源码层次阐述 Java 相关技术。目前系列包括：
1.【死磕 Java 并发】：https://www.cmsblogs.com/category/1391296887813967872：（已完成）
2.【死磕 Spring 之 IOC】：https://www.cmsblogs.com/category/1391374860344758272：（已完成）
3.【死磕 Redis】：https://www.cmsblogs.com/category/1391389927996002304：（已完成）
4.【死磕 Java 基础】：https://www.cmsblogs.com/category/1411518540095295488
5.【死磕 NIO】：https://www.cmsblogs.com/article/1435620402348036096

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