一. NIO 基礎

non-blocking io 非阻塞 IO

1. 三大組件

1.1 Channel & Buffer

channel 有一點類似於 stream，它就是讀寫數據的雙向通道，可以從 channel 將數據讀入 buffer，也可以將 buffer 的數據寫入 channel，而之前的 stream 要麼是輸入，要麼是輸出，channel 比 stream 更為底層

常見的 Channel 有

• FileChannel
• DatagramChannel
• SocketChannel
• ServerSocketChannel

buffer 則用來緩衝讀寫數據，常見的 buffer 有

• ByteBuffer
  • MappedByteBuffer
  • DirectByteBuffer
  • HeapByteBuffer
• ShortBuffer
• IntBuffer
• LongBuffer
• FloatBuffer
• DoubleBuffer
• CharBuffer

1.2 Selector

selector 單從字面意思不好理解，需要結合伺服器的設計演化來理解它的用途

多線程版設計

⚠️ 多線程版缺點

• 記憶體占用高
• 線程上下文切換成本高
• 只適合連接數少的場景

線程池版設計

⚠️ 線程池版缺點

• 阻塞模式下，線程僅能處理一個 socket 連接
• 僅適合短連接場景

selector 版設計

selector 的作用就是配合一個線程來管理多個 channel，獲取這些 channel 上發生的事件，這些 channel 工作在非阻塞模式下，不會讓線程吊死在一個 channel 上。適合連接數特別多，但流量低的場景（low traffic）

調用 selector 的 select() 會阻塞直到 channel 發生了讀寫就緒事件，這些事件發生，select 方法就會返回這些事件交給 thread 來處理

2. ByteBuffer

有一普通文本文件 data.txt，內容為

1234567890abcd

使用 FileChannel 來讀取文件內容

@Slf4j
public class ChannelDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        try (RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("helloword/data.txt", "rw")) {
            FileChannel channel = file.getChannel();
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
            do {
                // 向 buffer 寫入
                int len = channel.read(buffer);
                log.debug("讀到位元組數：{}", len);
                if (len == -1) {
                    break;
                }
                // 切換 buffer 讀模式
                buffer.flip();
                while(buffer.hasRemaining()) {
                    log.debug("{}", (char)buffer.get());
                }
                // 切換 buffer 寫模式
                buffer.clear();
            } while (true);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

輸出

10:39:03 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo1 - 讀到位元組數：10
10:39:03 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo1 - 1
10:39:03 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo1 - 2
10:39:03 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo1 - 3
10:39:03 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo1 - 4
10:39:03 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo1 - 5
10:39:03 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo1 - 6
10:39:03 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo1 - 7
10:39:03 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo1 - 8
10:39:03 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo1 - 9
10:39:03 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo1 - 0
10:39:03 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo1 - 讀到位元組數：4
10:39:03 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo1 - a
10:39:03 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo1 - b
10:39:03 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo1 - c
10:39:03 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo1 - d
10:39:03 [DEBUG] [main] c.i.n.ChannelDemo1 - 讀到位元組數：-1

2.1 ByteBuffer 正確使用姿勢

1. 向 buffer 寫入數據，例如調用 channel.read(buffer)
2. 調用 flip() 切換至讀模式
3. 從 buffer 讀取數據，例如調用 buffer.get()
4. 調用 clear() 或 compact() 切換至寫模式
5. 重覆 1~4 步驟

2.2 ByteBuffer 結構

ByteBuffer 有以下重要屬性

• capacity
• position
• limit

一開始

寫模式下，position 是寫入位置，limit 等於容量，下圖表示寫入了 4 個位元組後的狀態

flip 動作發生後，position 切換為讀取位置，limit 切換為讀取限制

讀取 4 個位元組後，狀態

clear 動作發生後，狀態

compact 方法，是把未讀完的部分向前壓縮，然後切換至寫模式