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前言

Java NIO 需要理解的主要有緩沖區(qū)，通道，選擇器，這三個(gè)主要的部分。

基礎(chǔ)

用戶空間和內(nèi)核空間

操作系統(tǒng)為了提供穩(wěn)定性，把虛擬地址空間分為用戶空間和內(nèi)核空間，其中用戶進(jìn)程只能操作用戶空間的內(nèi)容，而內(nèi)核空間的內(nèi)容可以操作用戶空間的內(nèi)容以及用戶空間的內(nèi)容。

I/O過程中的數(shù)據(jù)流向

假設(shè)我們需要從磁盤中的某個(gè)文件讀取數(shù)據(jù)，進(jìn)程發(fā)起read系統(tǒng)調(diào)用，進(jìn)入內(nèi)核狀態(tài)，內(nèi)核會隨即向磁盤控制硬件發(fā)出命令，要求其從磁盤讀取數(shù)據(jù)，磁盤控制器把數(shù)據(jù)直接寫入到內(nèi)核緩沖區(qū)中，隨后內(nèi)核會吧數(shù)據(jù)從內(nèi)核空間的臨時(shí)緩沖區(qū)拷貝到用戶緩沖區(qū)，進(jìn)程再次切換回用戶態(tài)繼續(xù)執(zhí)行?？偨Y(jié)數(shù)據(jù)流向是：磁盤 -> 內(nèi)核緩沖區(qū) -> 用戶緩沖區(qū)

內(nèi)存空間多重映射

對于虛擬地址的空間，一個(gè)以上的虛擬地址可以指向同一個(gè)物理內(nèi)存地址。如果用戶空間的虛擬地址和內(nèi)核空間的虛擬地址映射到同一個(gè)物理地址，那么這塊物理地址代表的空間就對內(nèi)核和用戶進(jìn)程都可見。便可省去數(shù)據(jù)在內(nèi)核緩沖區(qū)和用戶緩沖區(qū)來回復(fù)制的開銷。

緩沖區(qū)

Java NIO 數(shù)據(jù)傳輸過程，數(shù)據(jù)先放到發(fā)送緩沖區(qū) -> 通過通道發(fā)送到接收端 -> 接受端通道接受數(shù)據(jù)并填充到接受緩沖區(qū) 所以緩沖區(qū)的作用其實(shí)是連接通道作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪繕?biāo)或者來源。

核心概念

屬性

需要理解Buffer工作機(jī)制，需要了解如下幾個(gè)屬性

1. 容量: 緩沖區(qū)的容量，創(chuàng)建緩沖區(qū)時(shí)指定
2. 位置: 下一個(gè)要被讀取或者寫入元素的索引
3. 上界: 緩沖區(qū)中第一個(gè)不能被讀或者寫的位置。
4. mark標(biāo)記，一個(gè)備忘的位置

存取

緩沖區(qū)的核心就在于存取操作，buffer提供了相對位置存取和絕對位置存取兩種方式。

1. 相對位置存?。涸诋?dāng)前的位置寫入或者讀取數(shù)據(jù)，然后增加位置的值。
2. 絕對位置存取。在指定的位置的寫入或者讀取數(shù)據(jù)，不改變位置的值

代碼如下

//相對位置存取 
 public abstract ByteBuffer put(byte b); 
 public abstract byte get(); 
 
 //絕對位置存取 
 public abstract ByteBuffer put(int index, byte b); 
 public abstract byte get(int index); 

翻轉(zhuǎn)

翻轉(zhuǎn)是 buffer的核心概念，可以理解buffer有兩種模式，寫模式和讀模式。寫模式：我們分配一個(gè)緩沖區(qū)，然后直接填充數(shù)據(jù)，讀模式下。我們從頭開始讀取數(shù)據(jù)。如何從寫模式切換到讀模式，翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)的時(shí)候我們用limit記錄待讀取數(shù)據(jù)的長度，然后把位置置換為0就可以開始讀取數(shù)據(jù)了。

public final Buffer flip() { 
   //記錄待讀取數(shù)據(jù)的長度 
    limit = position; 
   //從頭開始讀取數(shù)據(jù) 
    position = 0; 
    mark = -1; 
    return this; 
} 

demo

//創(chuàng)建一個(gè)緩沖區(qū)  
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(100); 
//寫數(shù)據(jù) 
for (char c : "hello".toCharArray()) { 
  buffer.put((byte) c); 
} 
//翻轉(zhuǎn) 
buffer.flip();//等價(jià)于 buffer.limit(buffer.position()).position(0); 
//讀數(shù)據(jù) 
while (buffer.hasRemaining()) { 
  char c = (char) buffer.get(); 
  System.out.println(c); 
} 

直接緩沖區(qū)

對于一般的I/O過程，數(shù)據(jù)流向是，磁盤或者網(wǎng)絡(luò) -> 內(nèi)核臨時(shí)緩沖區(qū) -> 用戶空間緩沖區(qū)

直接緩沖區(qū)解決的是內(nèi)核空間臨時(shí)緩沖區(qū)到用戶空間緩沖區(qū)復(fù)制這一步耗費(fèi)的多余。雖然直接緩沖區(qū)是I/O的最佳選擇，但是其比創(chuàng)建非直接緩沖區(qū)將會耗費(fèi)更大的成本了，所以一般都是直接重復(fù)使用。

創(chuàng)建緩沖區(qū)

Buffer不能直接通過構(gòu)造函數(shù)實(shí)例化，都是通過靜態(tài)工廠方法創(chuàng)建，下為ByteBuffer的靜態(tài)工廠方法。

//創(chuàng)建內(nèi)存緩沖區(qū) 
public static ByteBuffer allocate(int capacity); 
//創(chuàng)建直接緩沖區(qū) 
public static ByteBuffer allocateDirect(int capacity) ; 
 
public static ByteBuffer wrap(byte[] array, int offset, int length)