Netty学习（2）：IO模型之NIO初探

NIO 概述

前面说到 BIO 有着创建线程多，阻塞 CPU 等问题，因此为解决 BIO 的问题，NIO 作为同步非阻塞 IO模型，随 JDK1.4 而出生了。

在前面我们反复说过4个概念：同步、异步、阻塞、非阻塞。因此，我们就首先用最简单的语言说一下他们的区别，这里，我们心里暂时有个概念即可，在后面的学习过程中，还会对其进行深入的探讨学习。

概念对比

首先，我们先要确立一个概念，就是一个IO操作其实是分为两步的，

1. 发起IO请求，即准备数据和区域；
2. 实际的IO操作。

而区分一个 IO模型是同步还是异步，就取决于在进行第2个步骤时，即实际进行读写过程中，其是否会阻塞线程，如果会阻塞，那么就是同步的，如果不会（这里就需要操作系统内核来进行操作了），而是完成后，再通知操作线程，那么其就是异步的（AIO 就是 OS 来完成文件读写操作，在完成后通过消息机制来通过线程读写完毕）。

紧接着，区分一个模型是阻塞还是非阻塞，而是看其在数据没有准备完毕时，即连接建立后，但还没有数据过来，请求是需要卡在这等待，还是可以去干其他的事。

作为上文所述的 BIO 来说，首先因为数据是否读写完成，需要其一直在循环里判断，因此其是同步的，并且如果没有数据的话，其会一直卡在 read 操作上，不能继续往下执行，因此 BIO 是一种同步阻塞模型。

而 NIO 的数据读写完成与否，也需要自己来判断，因此也是同步的，但其只有当发生真正读写时，才会进行操作，如果没有准备完毕的话，则可以去做其他的事，因此 NIO 是一个同步非阻塞 IO模型。

总结一下，我们看一个模型是同步还是异步，其实看的是数据准备完毕后的消息通知机制；看是阻塞还是非阻塞的，则是看线程在请求后的线程状态。

下面就让我们来看一下 NIO 的基本概念。

NIO基本介绍

1. 从 JDK1.4 后，官方引入的 IO 新特性，称为 NIO，是一个同步非阻塞模型；
2. 相关类在 java.nio 包下，有 3大核心组件，Channel，Buffer，Selector；
3. NIO 是面向缓存区编程的，或者说可以是面向块的，而不是面向字节，因此极大提高了编程的灵活性；
4. NIO 因为其核心组件和面向缓存区编程的特性，因此 数据总是从 Channel 读取到 Buffer 中，或者从Buffer 读取到 Channel 中，而 Selector 的作用就是监听多个 Channel，当 Channel 中有请求需要处理，就进行处理；
5. 。。。。。（官网或者搜一下，有很多，在这里就不多赘述了）

组件介绍

Buffer

缓存区本质是一个可以读写程序的内存块，我们可以将其简单理解为一个容器。在其内部还提供了一些方法，方便编程人员对其进行操作。

其所有可用子类如 ByteBuffer 等继承的父类为 Buffer，其有一些公有属性需要牢记。

属性	说明
mark	标记位，在调用 mark() 方法后，可以将当前 position 设为标记，后续在调用 reset() 方法时，就可以将 position 重置回该位置，如果不设置，则为负数，那么在调用 reset 时，会报错。（一般不需要设置）
position	缓存区内将要被写或读的节点下标，该值不能为负数，且永远小于等于 limit
limit	缓存区内第一个不能写或读的节点下标，该值不能为负数，且永远小于等于 capacity
capacity	缓存区被创建时指定的大小，该值不能为负数，且无法更改

mark <= position <= limit <= capacity

Buffer 代码演示

 IntBuffer intBuffer = IntBuffer.allocate(5);
        for (int i = 1; i <= intBuffer.capacity(); i++) {
            intBuffer.put(i);
        }
        // 翻转，读写切换
        intBuffer.flip();
        while (intBuffer.hasRemaining()) {
            System.out.println(intBuffer.get());
        }

        intBuffer.position(0);
        for (int i = 1; i <= intBuffer.capacity(); i++) {
            intBuffer.put(i * i);
        }
        intBuffer.flip();
        while (intBuffer.hasRemaining()) {
            System.out.println(intBuffer.get());
        }
    }

从上述代码中，可以看到 缓存区是一个可读可写的区域，且像数组容器一样可以在里面通过下标的方式进行移动，从而修改指定地方内容。

Channel

Channel 是流中的一个组件，在使用过程中，通过流来生成。

Channel 是 NIO 中的一个接口，其实现类中，我们使用的比较多的有FileChannel,ServerSocketChannel,SocketChannel，DatagramChannel，其中 FileChannel 用于文件的读写，ServerSocketChannel 和 SocketChannel 用于TCP数据读写，DatagramChannel 用于 UDP 数据读写。

这里只描述一些 Channel 的一些简单概念，在后续文章：《文件操作》中，再用代码详细展示 Channel 的作用。

Selector

selector 解决的是 BIO 的线程阻塞和一个请求就需要创建一个线程的问题。selector 可以监控多个 Channel，如果对应的 Channel 有 Event 发生，就可以获取对应 Event，然后根据获取 Event 的不同去进行不同的处理逻辑，这样就不必每个请求都创建线程，并且只有当真正有读写事件发生时，才会进行操作。

也是只描述 Selector 的一些简单概念，在后续文章：《网络编程》中，再用代码详细展示 Selector 的作用。

总结

在本文中，我们初步介绍了 NIO 的概念，以及其的 3个核心组件：Buffer，Channel 和 Selector。

在后续的文章中，我们将对其分别进行介绍，通过 NIO 来逐步引入 Netty 的实现。

本文中代码已上传到 GitHub 上，地址为 https://github.com/wb1069003157/nettyPre-research ，欢迎大家来讨论，探讨。

文章在公众号「iceWang」第一手更新，有兴趣的朋友可以关注公众号，第一时间看到笔者分享的各项知识点，谢谢！笔芯！