RPC框架设计----NIO编程缓冲区Buffer
1 NIO介绍 Java NIO 全称java non-blocking IO ，是指 JDK 提供的新 API。从 JDK1.4 开始，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. 1. NIO 有三大核心部分：Channel(通道)，Buffer(缓冲区), Selector(选择器) 2. NIO是 面向缓冲区编程的。数据读取到一个缓冲区中，需要时可在缓冲区中前后移动，这就增加了处理过程中的灵活性，使用它可以提供非阻塞式的高伸缩性网络 3. 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，而不是保持线程阻塞，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 2 NIO和 BIO的比较 1. BIO 以流的方式处理数据,而 NIO 以缓冲区的方式处理数据,缓冲区 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 3 NIO 三大核心原理示意图 一张图描述 NIO 的 Selector 、 Channel 和 Buffer 的关系 1. 每个 channel 都会对应一个 Buffer 2. Selector 对应一个线程， 一个线程对应多个 channel(连接) 3. 每个 channel 都注册到 Selector选择器上 4. Selector不断轮询查看Channel上的事件, 事件是通道Channel非常重要的概念 5. Selector 会根据不同的事件，完成不同的处理操作 6. Buffer 就是一个内存块 ， 底层是有一个数组 7. 数据的读取写入是通过 Buffer, 这个和 BIO , BIO 中要么是输入流，或者是输出流, 不能双向，但是NIO 的 Buffer 是可以读也可以写 , channel 是双向的. 4 缓冲区(Buffer) 基本介绍 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. Buffer常用API介绍 Buffer 类及其子类 在 NIO 中，Buffer是一个顶层父类，它是一个抽象类, 类的层级关系图,常用的缓冲区分别对应byte,short, int, long,float,double,char 7种. 缓冲区对象创建 示例代码: package com.test.buffer; import java.nio.ByteBuffer; /** * 创建缓冲区 */ public class CreateBufferDemo { public static void main(String[] args) { //1.创建一个指定长度的缓冲区, 以ByteBuffer为例 ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(5); for (int i = 0; i < 5; i++) { System.out.println(byteBuffer.get()); } //在此调用会报错--后续再读缓冲区时着重讲解 //System.out.println(byteBuffer.get()); //2.创建一个有内容的缓冲区 ByteBuffer wrap = ByteBuffer.wrap("test".getBytes()); for (int i = 0; i < 5; i++) { System.out.println(wrap.get()); } } } 3. 缓冲区对象添加数据 图解: 示例代码: package com.test.buffer; import java.nio.ByteBuffer; /** * 添加缓冲区 */ public class PutBufferDemo { public static void main(String[] args) { //1.创建一个指定长度的缓冲区, 以ByteBuffer为例 ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(10); System.out.println(byteBuffer.position());//0 获取当前索引所在位置 System.out.println(byteBuffer.limit());//10 最多能操作到哪个索引 System.out.println(byteBuffer.capacity());//10 返回缓冲区总长度 System.out.println(byteBuffer.remaining());//10 还有多少个能操作 //修改当前索引位置 //byteBuffer.position(1); //修改最多能操作到哪个索引位置 //byteBuffer.limit(9); //System.out.println(byteBuffer.position());//1 获取当前索引所在位置 //System.out.println(byteBuffer.limit());//9 最多能操作到哪个索引 //System.out.println(byteBuffer.capacity());//10 返回缓冲区总长度 //System.out.println(byteBuffer.remaining());//8 还有多少个能操作 //添加一个字节 byteBuffer.put((byte) 97); System.out.println(byteBuffer.position());//1 获取当前索引所在位置 System.out.println(byteBuffer.limit());//10 最多能操作到哪个索引 System.out.println(byteBuffer.capacity());//10 返回缓冲区总长度 System.out.println(byteBuffer.remaining());//9 还有多少个能操作 //添加一个字节数组 byteBuffer.put("abc".getBytes()); System.out.println(byteBuffer.position());//4 获取当前索引所在位置 System.out.println(byteBuffer.limit());//10 最多能操作到哪个索引 System.out.println(byteBuffer.capacity());//10 返回缓冲区总长度 System.out.println(byteBuffer.remaining());//6 还有多少个能操作 //当添加超过缓冲区的长度时会报错 byteBuffer.put("012345".getBytes()); System.out.println(byteBuffer.position());//10 获取当前索引所在位置 System.out.println(byteBuffer.limit());//10 最多能操作到哪个索引 System.out.println(byteBuffer.capacity());//10 返回缓冲区总长度 System.out.println(byteBuffer.remaining());//0 还有多少个能操作 System.out.println(byteBuffer.hasRemaining());// false 是否还能有操作的 数组 // 如果缓存区存满后, 可以调整position位置可以重复写,这样会覆盖之前存入索引的对 应的值 byteBuffer.position(0); byteBuffer.put("012345".getBytes()); } } 4 缓冲区对象读取数据 图解:flip()方法 图解:clear()方法 实例代码: package com.test.buffer; import java.nio.ByteBuffer; /** * 从缓冲区中读取数据 */ public class GetBufferDemo { public static void main(String[] args) { //1.创建一个指定长度的缓冲区 ByteBuffer allocate = ByteBuffer.allocate(10); allocate.put("0123".getBytes()); System.out.println("position:" + allocate.position());//4 System.out.println("limit:" + allocate.limit());//10 System.out.println("capacity:" + allocate.capacity());//10 System.out.println("remaining:" + allocate.remaining());//6 //切换读模式 System.out.println("读取数据--------------"); allocate.flip(); System.out.println("position:" + allocate.position());//4 System.out.println("limit:" + allocate.limit());//10 System.out.println("capacity:" + allocate.capacity());//10 System.out.println("remaining:" + allocate.remaining());//6 for (int i = 0; i < allocate.limit(); i++) { System.out.println(allocate.get()); } //读取完毕后.继续读取会报错,超过limit值 //System.out.println(allocate.get()); //读取指定索引字节 System.out.println("读取指定索引字节--------------"); System.out.println(allocate.get(1)); System.out.println("读取多个字节--------------"); // 重复读取 allocate.rewind(); byte[] bytes = new byte[4]; allocate.get(bytes); System.out.println(new String(bytes)); // 将缓冲区转化字节数组返回 System.out.println("将缓冲区转化字节数组返回--------------"); byte[] array = allocate.array(); System.out.println(new String(array)); // 切换写模式,覆盖之前索引所在位置的值 System.out.println("写模式--------------"); allocate.clear(); allocate.put("abc".getBytes()); System.out.println(new String(allocate.array())); } } 注意事项: 1. capacity：容量（长度）limit： 界限（最多能读/写到哪里）posotion：位置（读/写哪个索引） 2. 获取缓冲区里面数据之前，需要调用flip方法 3. 再次写数据之前，需要调用clear方法，但是数据还未消失，等再次写入数据，被覆盖了才会消失。
