你知道Java中的流操作么？

1、同步、异步、阻塞、非阻塞

同步与异步: 同步就是一个任务的完成需要依赖另外一个任务时，只有等待被依赖的任务完成后，依赖的任务才能算完成，这是一种可靠的任务序列。要么成功都成功，失败都失败，两个任务的状态可以保持一致。而异步是不需要等待被依赖的任务完成，只是通知被依赖的任务要完成什么工作，依赖的任务也立即执行，只要自己完成了整个任务就算完成了。至于被依赖的任务最终是否真正完成，依赖它的任务无法确定，所以它是不可靠的任务序列。我们可以用打电话和发短信来很好的比喻同步与异步操作。

阻塞与非阻塞: 阻塞与非阻塞主要是从 CPU 的消耗上来说的，阻塞就是 CPU 停下来等待一个慢的操作完成 CPU 才接着完成其它的事。非阻塞就是在这个慢的操作在执行时 CPU 去干其它别的事，等这个慢的操作完成时，CPU 再接着完成后续的操作。虽然表面上看非阻塞的方式可以明显的提高 CPU 的利用率，但是也带了另外一种后果就是系统的线程切换增加。增加的 CPU 使用时间能不能补偿系统的切换成本需要好好评估。

BIO，一般称之为阻塞(block)IO、基本(basic)IO。就是传统的java.io包，它是基于流模型实现的，交互的方式是同步、阻塞方式，主要应用于文件IO和网络IO。

文件IO就是 InputStream、OutputStream 基于字节操作的 IO、 Writer、Reader 基于字符操作的 IO，网络IO就是 Socket 基于网络操作的 IO。文件IO就是读写操作，就不记录了，这里记录一下网络IO吧。

在JDK1.4之前，建议网络连接的时候只能采用BIO，需要先在服务端启动一个ServerSocket，然后在客户端启动ocket来对服务端进行通信。默认情况下服务端需要对每个请求建立一堆线程等待请求，而客户端发送请求后，会先咨询服务端是否有线程响应，如果没有则会一直等待或者遭到拒绝请求，如果有的话客户端线程会等待请求结束后才继续执行，这就是阻塞IO。

服务端代码：

/**
 * 服务端
 */
public class BioServer {

    public static void main(String[] args) throws Exception{

        // 创建ServerSocket对象,绑定端口：9000
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9000);

        for (;;){
            System.out.println("1");
            // 监听客户端程序,看是否有客户端来连接、发消息等(阻塞方式，如果客户端没有连接，会一直阻塞在这里，不会往下执行)
            Socket accept = serverSocket.accept();
            System.out.println("2");
            // 从连接中取出输入流来接收消息
            InputStream inputStream = accept.getInputStream();
            byte[] bytes = new byte[10];
            inputStream.read(bytes);
            // 打印接收到的消息
            System.out.println("对方说" + new String(bytes));
            // 回答消息
            OutputStream outputStream = accept.getOutputStream();
            System.out.println("请输入：");
            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
            String data = scanner.nextLine();
            outputStream.write(data.getBytes());
            // 关闭
//            serverSocket.close();
        }
    }
}
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客户端代码：

/**
 * 客户端
 */
public class BioClient {

    public static void main(String[] args) throws Exception{

        for (;;){
            // 创建Socket对象
            Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 9000);
            // 从连接中取出输出流并发送消息
            OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
            System.out.println("请输入：");
            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
            String data = scanner.nextLine();
            outputStream.write(data.getBytes());
            System.out.println("3");
            // 从连接中取出输入流接收并回答（这里也是阻塞，如果没有接收到对方回复的消息，这里会一直阻塞下去）
            InputStream inputStream = socket.getInputStream();
            byte[] bytes = new byte[10];
            inputStream.read(bytes);
            System.out.println("4");
            System.out.println("对方说：" + new String(bytes).trim());
            // 关闭
//            socket.close();
        }
    }
}
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• 1、首先启动服务端，控制台只打印了1，并没有继续往下执行：

• 2、启动客户端，输入aaa，如下图，服务端控制台继续执行了下去，但是可以看到客户端也阻塞了，控制台只打印了3：

• 3、服务端回复bbb，客户端打印出4并循环执行：

BIO 就是传统的 java.io 包，它是基于流模型实现的，交互的方式是同步、阻塞方式，也就是说在读入输入流或者输出流时，在读写动作完成之前，线程会一直阻塞在那里，它们之间的调用时可靠的线性顺序。它的优点就是代码比较简单、直观；缺点就是 IO 的效率和扩展性很低，容易成为应用性能瓶颈。

NIO，一般称之为新(new)IO、非阻塞(non-blocking)IO。就是java.nio包，是从 JDK1.4开始 提供的新api，Java提供了一系列改进的输入/输出的新特性，统称为NIO。新增了许多用于处理输入输出的类，这些类都被放在java.nio包及子包下，并且对原java.io包中很多类进行改写，新增了满足NIO的功能，交互的方式是同步、非阻塞方式。

NIO和BIO有相同的目的和作用，但是他们的实现方式完全不同，BIO是以 流 的方式处理数据，而NIO是以 块 的方式处理数据，块IO的效率要比流IO高很多。另外， NIO是非阻塞式 的，这一点也和BIO很不相同，使用NIO可以提供非阻塞式的高伸缩性网络。

NIO主要有三大核心部分：Channel(通道)、Buffer(缓冲区)、Selector(选择器)。 传统的BIO是基于字节流和字符流进行操作 ， 而NIO基于Channel和Buffer进行操作 ，数据总是从通道读取到缓冲区，或者从缓冲区写入通道中。Selector(选择器)用于监听多个通道的事件(比如：连接打开、数据到达)。因此使用单个线程就可以监听多个数据通道。

前面说了NIO和BIO有相同的目的和作用，那么NIO的主要应用也是文件IO和网络IO。下面先解释一下NIO的核心部分概述和API，然后通过代码来看一下。

缓冲区(Buffer): 实际上是一个容器，是一个特殊的数组，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。 在NIO中，Buffer是一个顶层父类，它也是一个抽象类，常用的有以下子类： 对于Java中的基本数据类型，都有一个具体的Buffer类型与之对应，最常用的自然是ByteBuffer类(二进制数据)，该类的主要方法有以下几个：

• public abstract ByteBuffer put(byte b):存储字节数据到缓冲区。

• public abstract byte get():从缓冲区获得字节数据。

• public final byte[] array():把缓冲区数据转换成字节数组。

• public static ByteBuffer allocate(int capacity):设置缓冲区初始容量。

• piblic static ByteBuffer wrap(byte[] array):把一个线程的数组放到缓冲区中使用。

• public final Buffer flip():反转缓冲区，充值位置到初始位置。

通道(Channel): 类似于BIO中的stream，用来建立到目标的一个连接， 但是需要注意 ：BIO中的stream是单向的，例如FileInputStream对象只能进行读取数据的操作，而NIO中的通道是双向的，既可以用来进行读操作，也可以用来进行写操作。常用的Channel类有：FileChannel、DatagramChannel、ServerSocketChannel、SocketChannel。FileChannel用于文件的数据读写，DatagramChannel用于UDP的数据读写，ServerSocketChannel和SocketChannel用于TCP的数据读写。

FileChannel常用方法：

• public int read(ByteBuffer dst):读取数据并放到缓冲区中。

• public int write(ByteBuffer src):把缓冲区的数据写到通道中。

• public long transferFrom(ReadableByteChannel src, long position, long count):从目标通道中复制数据。

• public long transferTo(long position, long count, WritableByteChannel target):把数据从当前通道复制给目标通道。

示例：通过NIO往本地文件中写数据：

public class NioWrite {

    public static void main(String[] args) throws Exception{

        // 创建输出流
        FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("test.txe");
        // 从流中得到一个通道
        FileChannel channel = fileOutputStream.getChannel();
        // 提供一个缓冲区
        ByteBuffer allocate = ByteBuffer.allocate(1024);
        // 往缓冲区存入数据
        String string = "我是要输入的数据";
        allocate.put(string.getBytes());
        // 翻转缓冲区，将位置设为初始位置
        allocate.flip();
        // 把缓冲区写到通道中
        channel.write(allocate);
        // 关闭
        fileOutputStream.close();
    }
}
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可以看到上面代码有个翻转缓冲区的代码，当你把这一行代码去掉之后你会发现，test.txe文件内显示的内容是空的，这是为啥呢？

原因看下图： 缓冲区存数据就是从头然后到尾，而1和2表示的就是指针位置，当我们把 我是要输入的数据 这一段话存到缓冲区中的时候，指针就到了2的位置，然后开始往通道写数据，实际上就是从2的位置开始往下写，而下面内容明显是空的，所以test.txe文件内显示的内容是空的，而缓冲区的flip()方法，就是将指针从2翻转到初始位置，也就是1的位置，再往通道写数据，这时候就有了内容。

示例：通过NIO从本地文件中读取数据：

public class NioRead {

    public static void main(String[] args) throws Exception{

        File file = new File("test.txe");
        // 创建输入流
        FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(file);
        // 得到一个通道
        FileChannel channel = fileInputStream.getChannel();
        // 准备一个缓冲区
        ByteBuffer allocate = ByteBuffer.allocate((int) file.length());
        // 从通道里读取数据并存到缓冲区
        channel.read(allocate);
        // 打印数据
        System.out.println(new String(allocate.array()));
        // 关闭
        fileInputStream.close();
    }
}
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选择器(Selector): 选择器，能够检测多个注册的通道上是否有时间发生，如果有时间发生，便获取事件然后针对每个事件进行相应的响应处理。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。这样使得只有在连接真正的读写事件发生时，才会调用函数来进行读写，就 大大的减少了系统开销 ，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，并且避免了多线程之间的上下文切换导致的开销。 常用方法 ：

• public static Selector open():得到一个选择器对象。

• public int select(long timeout):监控所有注册的channel，当其中有注册的IO操作可以进行时，将对应的SelectionKey加入到内部集合中并返回，参数用来设置超时时间。

• public Set SelectionKeys():从内部集合中得到所有的SelectionKey。

2、 SelectionKey :代表了Selector和serverSocketChannel的注册关系，一共四种：

• int OP_ACCEPT:有新的网络连接可以accept，值为16。

• int OP_CONNECT:代表连接已经建立，值为8。

• int OP_READ和int OP_WRITE:代表了读、写操作，值为1和4。

常用方法 ：

• public abstract Selector selector():得到与之关联的Selector对象。

• public abstract SelectableChannel channel():得到与之关联的通道。

• public final Object attachment():得到与之关联的共享数据。

• public abstract SelectionKey interestOps(int ops):设置或改变监听事件。

• public final boolean isAccepyable():是否可以accept。

• public final boolean isReadable():是否可以读。

• public final boolean isWritable():是否可以写。

3、 ServerSocketChannel :用来在服务器端监听新的客户端Socket连接。

常用方法 ：

• public static ServerSocketChannel open():得到一个ServerSocketChannel通道。

• public final ServerSocketChannel bind(SocketAddress local):设置服务器端口号。

• 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 Socketchannel accept():接收一个连接，返回代表这个连接的通道对象。

• public final SelectionKey register(Selector sel, int ops):注册一个选择器并设置监听事件。

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

常用方法 ：

• 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 boolean connect(SocketAddress remote):连接服务器。

• public boolean finishConnect():如果上面的方法连接失败了，接下来就要通过该方法完成连接操作。

• public int write(ByteBuffer src):往通道写数据。

• public int read(ByteBuffer dst):从通道读数据。

• public final SelectionKey register(Selector sel, int ops, Object att):注册一个选择器并设置监听时间，最后一个参数可以设置共享数据。

• public final void close():关闭通道。

示例：NIO实现服务器端和客户端之间的数据通信(非阻塞、基础版):

客户端代码:

public class NioClient {

    public static void main(String[] args) throws Exception{

        // 得到一个网络通道
        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
        // 设置非阻塞模式
        socketChannel.configureBlocking(false);
        // 提供服务器端的ip地址和端口号
        InetSocketAddress inetSocketAddress = new InetSocketAddress("127.0.0.1", 9001);
        // 连接服务器
        if (!socketChannel.connect(inetSocketAddress)) {
            // 循环-直到某一时刻连接到(在连接的时候可以做别的事情，比如下面打印数据，这就是NIO的优势)
            while (!socketChannel.finishConnect()){
                System.out.println("还没有连接到。。。");
            }
            System.out.println("连接到了。。。");
        }
        // 得到一个缓冲区并存入数据
        String string = "NIO测试，我是客户端传的数据";
        ByteBuffer writeBuffer = ByteBuffer.wrap(string.getBytes());
        // 发送数据
        socketChannel.write(writeBuffer);
        // 这里关闭通道，服务器端会报异常，所以这里就先设置阻塞
        System.in.read();
    }
}
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服务器端代码:

public class NioServer {

    public static void main(String[] args) throws Exception{

        // 得到一个ServerSocketChannel对象
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        // 得到一个Selector对象
        Selector selector = Selector.open();
        // 绑定一个端口号
        serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(9001));
        // 设置非阻塞式
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
        // 把ServerSocketChannel对象注册给Selector对象
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
        // 做事
        for (;;){
            // 监控客户端
            if (selector.select(2000) == 0){
                System.out.println("没有客户端连接我，我可以干别的事情");
                continue;
            }

            // 得到SelectionKey，判断通道里的事件
            Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator();
            while (iterator.hasNext()){
                SelectionKey key = iterator.next();

                // 如果是客户端连接事件
                if (key.isAcceptable()){
                    System.out.println("连接事件");
                    // 接收连接
                    SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
                    // 设置非阻塞式
                    socketChannel.configureBlocking(false);
                    // 注册
                    socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, ByteBuffer.allocate(1024));
                }

                // 读取客户端数据事件
                if (key.isReadable()){
                    SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
                    ByteBuffer buffer = (ByteBuffer) key.attachment();
                    channel.read(buffer);
                    System.out.println("客户端发来数据：" + new String(buffer.array()));
                }

                // 手动从集合中移除当前key，防止重复处理
                iterator.remove();
            }
        }
    }
}
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1、先启动服务端，看到下图内容，没有客户端连接的时候，NIO可以做别的事情，而不像BIO阻塞在那里，这就是NIO的优势。 2、启动客户端程序，服务端控制台可以看到下图内容，服务端接收到了客户端发送来的数据。( 先连接，才能读写数据，所以最开始发生的事件一定是连接事件，连接成功才会有读写事件 )

先写到这里吧，都是些基础的内容，之后的文章会写比较复杂的NIO案例、Netty框架等！

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