攻破JAVA NIO技术壁垒
原文出處：?朱小廝
現在使用NIO的場景越來越多，很多網上的技術框架或多或少的使用NIO技術，譬如Tomcat，Jetty。學習和掌握NIO技術已經不是一個JAVA攻城獅的加分技能，而是一個必備技能。再者，現在互聯網的面試中上點level的都會涉及一下NIO或者AIO的問題（AIO下次再講述，本篇主要講述NIO）,掌握好NIO也能幫助你獲得一份較好的offer。 驅使博主寫這篇文章的關鍵是網上關于NIO的文章并不是很多，而且案例較少，針對這個特性，本文主要通過實際案例主要講述NIO的用法，每個案例都經過實際檢驗。博主通過自己的理解以及一些案例希望能給各位在學習NIO之時多一份參考。博主能力有限，文中有不足之處歡迎指出。
本文持續更新，轉載請保留原文鏈接。
概述
NIO主要有三大核心部分：Channel(通道)，Buffer(緩沖區), Selector。傳統IO基于字節流和字符流進行操作，而NIO基于Channel和Buffer(緩沖區)進行操作，數據總是從通道讀取到緩沖區中，或者從緩沖區寫入到通道中。Selector(選擇區)用于監聽多個通道的事件（比如：連接打開，數據到達）。因此，單個線程可以監聽多個數據通道。
NIO和傳統IO（一下簡稱IO）之間第一個最大的區別是，IO是面向流的，NIO是面向緩沖區的。 Java IO面向流意味著每次從流中讀一個或多個字節，直至讀取所有字節，它們沒有被緩存在任何地方。此外，它不能前后移動流中的數據。如果需要前后移動從流中讀取的數據，需要先將它緩存到一個緩沖區。NIO的緩沖導向方法略有不同。數據讀取到一個它稍后處理的緩沖區，需要時可在緩沖區中前后移動。這就增加了處理過程中的靈活性。但是，還需要檢查是否該緩沖區中包含所有您需要處理的數據。而且，需確保當更多的數據讀入緩沖區時，不要覆蓋緩沖區里尚未處理的數據。
IO的各種流是阻塞的。這意味著，當一個線程調用read() 或 write()時，該線程被阻塞，直到有一些數據被讀取，或數據完全寫入。該線程在此期間不能再干任何事情了。 NIO的非阻塞模式，使一個線程從某通道發送請求讀取數據，但是它僅能得到目前可用的數據，如果目前沒有數據可用時，就什么都不會獲取。而不是保持線程阻塞，所以直至數據變的可以讀取之前，該線程可以繼續做其他的事情。 非阻塞寫也是如此。一個線程請求寫入一些數據到某通道，但不需要等待它完全寫入，這個線程同時可以去做別的事情。 線程通常將非阻塞IO的空閑時間用于在其它通道上執行IO操作，所以一個單獨的線程現在可以管理多個輸入和輸出通道（channel）。
Channel
首先說一下Channel，國內大多翻譯成“通道”。Channel和IO中的Stream(流)是差不多一個等級的。只不過Stream是單向的，譬如：InputStream, OutputStream.而Channel是雙向的，既可以用來進行讀操作，又可以用來進行寫操作。
NIO中的Channel的主要實現有：
- FileChannel
- DatagramChannel
- SocketChannel
- ServerSocketChannel
這里看名字就可以猜出個所以然來：分別可以對應文件IO、UDP和TCP（Server和Client）。下面演示的案例基本上就是圍繞這4個類型的Channel進行陳述的。
Buffer
NIO中的關鍵Buffer實現有：ByteBuffer, CharBuffer, DoubleBuffer, FloatBuffer, IntBuffer, LongBuffer, ShortBuffer，分別對應基本數據類型: byte, char, double, float, int, long, short。當然NIO中還有MappedByteBuffer, HeapByteBuffer, DirectByteBuffer等這里先不進行陳述。
Selector
Selector運行單線程處理多個Channel，如果你的應用打開了多個通道，但每個連接的流量都很低，使用Selector就會很方便。例如在一個聊天服務器中。要使用Selector, 得向Selector注冊Channel，然后調用它的select()方法。這個方法會一直阻塞到某個注冊的通道有事件就緒。一旦這個方法返回，線程就可以處理這些事件，事件的例子有如新的連接進來、數據接收等。
FileChannel
看完上面的陳述，對于第一次接觸NIO的同學來說云里霧里，只說了一些概念，也沒記住什么，更別說怎么用了。這里開始通過傳統IO以及更改后的NIO來做對比，以更形象的突出NIO的用法，進而使你對NIO有一點點的了解。
傳統IO vs NIO
首先，案例1是采用FileInputStream讀取文件內容的：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 | public static void method2(){ ???????InputStream in = null; ???????try{ ???????????in = new BufferedInputStream(new FileInputStream("src/nomal_io.txt")); ? ???????????byte [] buf = new byte[1024]; ???????????int bytesRead = in.read(buf); ???????????while(bytesRead != -1) ???????????{ ???????????????for(int i=0;i<bytesRead;i++) ???????????????????System.out.print((char)buf[i]); ???????????????bytesRead = in.read(buf); ???????????} ???????}catch (IOException e) ???????{ ???????????e.printStackTrace(); ???????}finally{ ???????????try{ ???????????????if(in != null){ ???????????????????in.close(); ???????????????} ???????????}catch (IOException e){ ???????????????e.printStackTrace(); ???????????} ???????} ???} |
輸出結果：（略）
案例是對應的NIO（這里通過RandomAccessFile進行操作，當然也可以通過FileInputStream.getChannel()進行操作）：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 | public static void method1(){ ????????RandomAccessFile aFile = null; ????????try{ ????????????aFile = new RandomAccessFile("src/nio.txt","rw"); ????????????FileChannel fileChannel = aFile.getChannel(); ????????????ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024); ? ????????????int bytesRead = fileChannel.read(buf); ????????????System.out.println(bytesRead); ? ????????????while(bytesRead != -1) ????????????{ ????????????????buf.flip(); ????????????????while(buf.hasRemaining()) ????????????????{ ????????????????????System.out.print((char)buf.get()); ????????????????} ? ????????????????buf.compact(); ????????????????bytesRead = fileChannel.read(buf); ????????????} ????????}catch (IOException e){ ????????????e.printStackTrace(); ????????}finally{ ????????????try{ ????????????????if(aFile != null){ ????????????????????aFile.close(); ????????????????} ????????????}catch (IOException e){ ????????????????e.printStackTrace(); ????????????} ????????} ????} |
輸出結果：（略）
通過仔細對比案例1和案例2，應該能看出個大概，最起碼能發現NIO的實現方式比叫復雜。有了一個大概的印象可以進入下一步了。
Buffer的使用
從案例2中可以總結出使用Buffer一般遵循下面幾個步驟：
- 分配空間（ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024); 還有一種allocateDirector后面再陳述）
- 寫入數據到Buffer(int bytesRead = fileChannel.read(buf);)
- 調用filp()方法（ buf.flip();）
- 從Buffer中讀取數據（System.out.print((char)buf.get());）
- 調用clear()方法或者compact()方法
Buffer顧名思義：緩沖區，實際上是一個容器，一個連續數組。Channel提供從文件、網絡讀取數據的渠道，但是讀寫的數據都必須經過Buffer。如下圖：
向Buffer中寫數據：
- 從Channel寫到Buffer (fileChannel.read(buf))
- 通過Buffer的put()方法 （buf.put(…)）
從Buffer中讀取數據：
- 從Buffer讀取到Channel (channel.write(buf))
- 使用get()方法從Buffer中讀取數據 （buf.get()）
可以把Buffer簡單地理解為一組基本數據類型的元素列表，它通過幾個變量來保存這個數據的當前位置狀態：capacity, position, limit, mark：
| capacity | 緩沖區數組的總長度 |
| position | 下一個要操作的數據元素的位置 |
| limit | 緩沖區數組中不可操作的下一個元素的位置：limit<=capacity |
| mark | 用于記錄當前position的前一個位置或者默認是0 |
無圖無真相，舉例：我們通過ByteBuffer.allocate(11)方法創建了一個11個byte的數組的緩沖區，初始狀態如上圖，position的位置為0，capacity和limit默認都是數組長度。當我們寫入5個字節時，變化如下圖：
這時我們需要將緩沖區中的5個字節數據寫入Channel的通信信道，所以我們調用ByteBuffer.flip()方法，變化如下圖所示(position設回0，并將limit設成之前的position的值)：
這時底層操作系統就可以從緩沖區中正確讀取這個5個字節數據并發送出去了。在下一次寫數據之前我們再調用clear()方法，緩沖區的索引位置又回到了初始位置。
調用clear()方法：position將被設回0，limit設置成capacity，換句話說，Buffer被清空了，其實Buffer中的數據并未被清楚，只是這些標記告訴我們可以從哪里開始往Buffer里寫數據。如果Buffer中有一些未讀的數據，調用clear()方法，數據將“被遺忘”，意味著不再有任何標記會告訴你哪些數據被讀過，哪些還沒有。如果Buffer中仍有未讀的數據，且后續還需要這些數據，但是此時想要先先寫些數據，那么使用compact()方法。compact()方法將所有未讀的數據拷貝到Buffer起始處。然后將position設到最后一個未讀元素正后面。limit屬性依然像clear()方法一樣，設置成capacity。現在Buffer準備好寫數據了，但是不會覆蓋未讀的數據。
通過調用Buffer.mark()方法，可以標記Buffer中的一個特定的position，之后可以通過調用Buffer.reset()方法恢復到這個position。Buffer.rewind()方法將position設回0，所以你可以重讀Buffer中的所有數據。limit保持不變，仍然表示能從Buffer中讀取多少個元素。
SocketChannel
說完了FileChannel和Buffer, 大家應該對Buffer的用法比較了解了，這里使用SocketChannel來繼續探討NIO。NIO的強大功能部分來自于Channel的非阻塞特性，套接字的某些操作可能會無限期地阻塞。例如，對accept()方法的調用可能會因為等待一個客戶端連接而阻塞；對read()方法的調用可能會因為沒有數據可讀而阻塞，直到連接的另一端傳來新的數據。總的來說，創建/接收連接或讀寫數據等I/O調用，都可能無限期地阻塞等待，直到底層的網絡實現發生了什么。慢速的，有損耗的網絡，或僅僅是簡單的網絡故障都可能導致任意時間的延遲。然而不幸的是，在調用一個方法之前無法知道其是否阻塞。NIO的channel抽象的一個重要特征就是可以通過配置它的阻塞行為，以實現非阻塞式的信道。
| 1 | channel.configureBlocking(false) |
在非阻塞式信道上調用一個方法總是會立即返回。這種調用的返回值指示了所請求的操作完成的程度。例如，在一個非阻塞式ServerSocketChannel上調用accept()方法，如果有連接請求來了，則返回客戶端SocketChannel，否則返回null。
這里先舉一個TCP應用案例，客戶端采用NIO實現，而服務端依舊使用IO實現。
客戶端代碼（案例3）：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 | public static void client(){ ????????ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024); ????????SocketChannel socketChannel = null; ????????try ????????{ ????????????socketChannel = SocketChannel.open(); ????????????socketChannel.configureBlocking(false); ????????????socketChannel.connect(new InetSocketAddress("10.10.195.115",8080)); ? ????????????if(socketChannel.finishConnect()) ????????????{ ????????????????int i=0; ????????????????while(true) ????????????????{ ????????????????????TimeUnit.SECONDS.sleep(1); ????????????????????String info = "I'm "+i+++"-th information from client"; ????????????????????buffer.clear(); ????????????????????buffer.put(info.getBytes()); ????????????????????buffer.flip(); ????????????????????while(buffer.hasRemaining()){ ????????????????????????System.out.println(buffer); ????????????????????????socketChannel.write(buffer); ????????????????????} ????????????????} ????????????} ????????} ????????catch (IOException | InterruptedException e) ????????{ ????????????e.printStackTrace(); ????????} ????????finally{ ????????????try{ ????????????????if(socketChannel!=null){ ????????????????????socketChannel.close(); ????????????????} ????????????}catch(IOException e){ ????????????????e.printStackTrace(); ????????????} ????????} ????} |
服務端代碼（案例4）：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 | public static void server(){ ???????ServerSocket serverSocket = null; ???????InputStream in = null; ???????try ???????{ ???????????serverSocket = new ServerSocket(8080); ???????????int recvMsgSize = 0; ???????????byte[] recvBuf = new byte[1024]; ???????????while(true){ ???????????????Socket clntSocket = serverSocket.accept(); ???????????????SocketAddress clientAddress = clntSocket.getRemoteSocketAddress(); ???????????????System.out.println("Handling client at "+clientAddress); ???????????????in = clntSocket.getInputStream(); ???????????????while((recvMsgSize=in.read(recvBuf))!=-1){ ???????????????????byte[] temp = new byte[recvMsgSize]; ???????????????????System.arraycopy(recvBuf, 0, temp, 0, recvMsgSize); ???????????????????System.out.println(new String(temp)); ???????????????} ???????????} ???????} ???????catch (IOException e) ???????{ ???????????e.printStackTrace(); ???????} ???????finally{ ???????????try{ ???????????????if(serverSocket!=null){ ???????????????????serverSocket.close(); ???????????????} ???????????????if(in!=null){ ???????????????????in.close(); ???????????????} ???????????}catch(IOException e){ ???????????????e.printStackTrace(); ???????????} ???????} ???} |
輸出結果：（略）
根據案例分析，總結一下SocketChannel的用法。
打開SocketChannel：
| 1 2 | socketChannel = SocketChannel.open(); ??????????socketChannel.connect(new InetSocketAddress("10.10.195.115",8080)); |
關閉：
| 1 | serverSocket.close(); |
讀取數據：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 | String info = "I'm "+i+++"-th information from client"; ?????????????????buffer.clear(); ?????????????????buffer.put(info.getBytes()); ?????????????????buffer.flip(); ?????????????????while(buffer.hasRemaining()){ ?????????????????????System.out.println(buffer); ?????????????????????socketChannel.write(buffer); ?????????????????} |
注意SocketChannel.write()方法的調用是在一個while循環中的。Write()方法無法保證能寫多少字節到SocketChannel。所以，我們重復調用write()直到Buffer沒有要寫的字節為止。
非阻塞模式下,read()方法在尚未讀取到任何數據時可能就返回了。所以需要關注它的int返回值，它會告訴你讀取了多少字節。
TCP服務端的NIO寫法
到目前為止，所舉的案例中都沒有涉及Selector。不要急，好東西要慢慢來。Selector類可以用于避免使用阻塞式客戶端中很浪費資源的“忙等”方法。例如，考慮一個IM服務器。像QQ或者旺旺這樣的，可能有幾萬甚至幾千萬個客戶端同時連接到了服務器，但在任何時刻都只是非常少量的消息。
需要讀取和分發。這就需要一種方法阻塞等待，直到至少有一個信道可以進行I/O操作，并指出是哪個信道。NIO的選擇器就實現了這樣的功能。一個Selector實例可以同時檢查一組信道的I/O狀態。用專業術語來說，選擇器就是一個多路開關選擇器，因為一個選擇器能夠管理多個信道上的I/O操作。然而如果用傳統的方式來處理這么多客戶端，使用的方法是循環地一個一個地去檢查所有的客戶端是否有I/O操作，如果當前客戶端有I/O操作，則可能把當前客戶端扔給一個線程池去處理，如果沒有I/O操作則進行下一個輪詢，當所有的客戶端都輪詢過了又接著從頭開始輪詢；這種方法是非常笨而且也非常浪費資源，因為大部分客戶端是沒有I/O操作，我們也要去檢查；而Selector就不一樣了，它在內部可以同時管理多個I/O，當一個信道有I/O操作的時候，他會通知Selector，Selector就是記住這個信道有I/O操作，并且知道是何種I/O操作，是讀呢？是寫呢？還是接受新的連接；所以如果使用Selector，它返回的結果只有兩種結果，一種是0，即在你調用的時刻沒有任何客戶端需要I/O操作，另一種結果是一組需要I/O操作的客戶端，這是你就根本不需要再檢查了，因為它返回給你的肯定是你想要的。這樣一種通知的方式比那種主動輪詢的方式要高效得多！
要使用選擇器（Selector），需要創建一個Selector實例（使用靜態工廠方法open()）并將其注冊（register）到想要監控的信道上（注意，這要通過channel的方法實現，而不是使用selector的方法）。最后，調用選擇器的select()方法。該方法會阻塞等待，直到有一個或更多的信道準備好了I/O操作或等待超時。select()方法將返回可進行I/O操作的信道數量。現在，在一個單獨的線程中，通過調用select()方法就能檢查多個信道是否準備好進行I/O操作。如果經過一段時間后仍然沒有信道準備好，select()方法就會返回0，并允許程序繼續執行其他任務。
下面將上面的TCP服務端代碼改寫成NIO的方式（案例5）：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 | public class ServerConnect { ????private static final int BUF_SIZE=1024; ????private static final int PORT = 8080; ????private static final int TIMEOUT = 3000; ? ????public static void main(String[] args) ????{ ????????selector(); ????} ? ????public static void handleAccept(SelectionKey key) throws IOException{ ????????ServerSocketChannel ssChannel = (ServerSocketChannel)key.channel(); ????????SocketChannel sc = ssChannel.accept(); ????????sc.configureBlocking(false); ????????sc.register(key.selector(), SelectionKey.OP_READ,ByteBuffer.allocateDirect(BUF_SIZE)); ????} ? ????public static void handleRead(SelectionKey key) throws IOException{ ????????SocketChannel sc = (SocketChannel)key.channel(); ????????ByteBuffer buf = (ByteBuffer)key.attachment(); ????????long bytesRead = sc.read(buf); ????????while(bytesRead>0){ ????????????buf.flip(); ????????????while(buf.hasRemaining()){ ????????????????System.out.print((char)buf.get()); ????????????} ????????????System.out.println(); ????????????buf.clear(); ????????????bytesRead = sc.read(buf); ????????} ????????if(bytesRead == -1){ ????????????sc.close(); ????????} ????} ? ????public static void handleWrite(SelectionKey key) throws IOException{ ????????ByteBuffer buf = (ByteBuffer)key.attachment(); ????????buf.flip(); ????????SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel(); ????????while(buf.hasRemaining()){ ????????????sc.write(buf); ????????} ????????buf.compact(); ????} ? ????public static void selector() { ????????Selector selector = null; ????????ServerSocketChannel ssc = null; ????????try{ ????????????selector = Selector.open(); ????????????ssc= ServerSocketChannel.open(); ????????????ssc.socket().bind(new InetSocketAddress(PORT)); ????????????ssc.configureBlocking(false); ????????????ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); ? ????????????while(true){ ????????????????if(selector.select(TIMEOUT) == 0){ ????????????????????System.out.println("=="); ????????????????????continue; ????????????????} ????????????????Iterator<SelectionKey> iter = selector.selectedKeys().iterator(); ????????????????while(iter.hasNext()){ ????????????????????SelectionKey key = iter.next(); ????????????????????if(key.isAcceptable()){ ????????????????????????handleAccept(key); ????????????????????} ????????????????????if(key.isReadable()){ ????????????????????????handleRead(key); ????????????????????} ????????????????????if(key.isWritable() && key.isValid()){ ????????????????????????handleWrite(key); ????????????????????} ????????????????????if(key.isConnectable()){ ????????????????????????System.out.println("isConnectable = true"); ????????????????????} ????????????????????iter.remove(); ????????????????} ????????????} ? ????????}catch(IOException e){ ????????????e.printStackTrace(); ????????}finally{ ????????????try{ ????????????????if(selector!=null){ ????????????????????selector.close(); ????????????????} ????????????????if(ssc!=null){ ????????????????????ssc.close(); ????????????????} ????????????}catch(IOException e){ ????????????????e.printStackTrace(); ????????????} ????????} ????} } |
下面來慢慢講解這段代碼。
ServerSocketChannel
打開ServerSocketChannel：
| 1 | ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open(); |
關閉ServerSocketChannel：
| 1 | serverSocketChannel.close(); |
監聽新進來的連接：
| 1 2 3 | while(true){ ????SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept(); } |
ServerSocketChannel可以設置成非阻塞模式。在非阻塞模式下，accept() 方法會立刻返回，如果還沒有新進來的連接,返回的將是null。 因此，需要檢查返回的SocketChannel是否是null.如：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 | ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open(); ????????serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999)); ????????serverSocketChannel.configureBlocking(false); ????????while (true) ????????{ ????????????SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept(); ????????????if (socketChannel != null) ????????????{ ????????????????// do something with socketChannel... ????????????} ????????} |
Selector
Selector的創建：Selector selector = Selector.open();
為了將Channel和Selector配合使用，必須將Channel注冊到Selector上，通過SelectableChannel.register()方法來實現，沿用案例5中的部分代碼：
| 1 2 3 4 | ssc= ServerSocketChannel.open(); ???????????ssc.socket().bind(new InetSocketAddress(PORT)); ???????????ssc.configureBlocking(false); ???????????ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); |
與Selector一起使用時，Channel必須處于非阻塞模式下。這意味著不能將FileChannel與Selector一起使用，因為FileChannel不能切換到非阻塞模式。而套接字通道都可以。
注意register()方法的第二個參數。這是一個“interest集合”，意思是在通過Selector監聽Channel時對什么事件感興趣。可以監聽四種不同類型的事件：
| 1 2 3 4 | 1. Connect 2. Accept 3. Read 4. Write |
通道觸發了一個事件意思是該事件已經就緒。所以，某個channel成功連接到另一個服務器稱為“連接就緒”。一個server socket channel準備好接收新進入的連接稱為“接收就緒”。一個有數據可讀的通道可以說是“讀就緒”。等待寫數據的通道可以說是“寫就緒”。
這四種事件用SelectionKey的四個常量來表示：
| 1 2 3 4 | 1. SelectionKey.OP_CONNECT 2. SelectionKey.OP_ACCEPT 3. SelectionKey.OP_READ 4. SelectionKey.OP_WRITE |
SelectionKey
當向Selector注冊Channel時，register()方法會返回一個SelectionKey對象。這個對象包含了一些你感興趣的屬性：
- interest集合
- ready集合
- Channel
- Selector
- 附加的對象（可選）
interest集合：就像向Selector注冊通道一節中所描述的，interest集合是你所選擇的感興趣的事件集合。可以通過SelectionKey讀寫interest集合。
ready 集合是通道已經準備就緒的操作的集合。在一次選擇(Selection)之后，你會首先訪問這個ready set。Selection將在下一小節進行解釋。可以這樣訪問ready集合：
| 1 | int readySet = selectionKey.readyOps(); |
可以用像檢測interest集合那樣的方法，來檢測channel中什么事件或操作已經就緒。但是，也可以使用以下四個方法，它們都會返回一個布爾類型：
| 1 2 3 4 | selectionKey.isAcceptable(); selectionKey.isConnectable(); selectionKey.isReadable(); selectionKey.isWritable(); |
從SelectionKey訪問Channel和Selector很簡單。如下：
| 1 2 | Channel? channel? = selectionKey.channel(); Selector selector = selectionKey.selector(); |
可以將一個對象或者更多信息附著到SelectionKey上，這樣就能方便的識別某個給定的通道。例如，可以附加 與通道一起使用的Buffer，或是包含聚集數據的某個對象。使用方法如下：
| 1 2 | selectionKey.attach(theObject); Object attachedObj = selectionKey.attachment(); |
還可以在用register()方法向Selector注冊Channel的時候附加對象。如：
| 1 | SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, theObject); |
通過Selector選擇通道
一旦向Selector注冊了一或多個通道，就可以調用幾個重載的select()方法。這些方法返回你所感興趣的事件（如連接、接受、讀或寫）已經準備就緒的那些通道。換句話說，如果你對“讀就緒”的通道感興趣，select()方法會返回讀事件已經就緒的那些通道。
下面是select()方法：
- int select()
- int select(long timeout)
- int selectNow()
select()阻塞到至少有一個通道在你注冊的事件上就緒了。
select(long timeout)和select()一樣，除了最長會阻塞timeout毫秒(參數)。
selectNow()不會阻塞，不管什么通道就緒都立刻返回（譯者注：此方法執行非阻塞的選擇操作。如果自從前一次選擇操作后，沒有通道變成可選擇的，則此方法直接返回零。）。
select()方法返回的int值表示有多少通道已經就緒。亦即，自上次調用select()方法后有多少通道變成就緒狀態。如果調用select()方法，因為有一個通道變成就緒狀態，返回了1，若再次調用select()方法，如果另一個通道就緒了，它會再次返回1。如果對第一個就緒的channel沒有做任何操作，現在就有兩個就緒的通道，但在每次select()方法調用之間，只有一個通道就緒了。
一旦調用了select()方法，并且返回值表明有一個或更多個通道就緒了，然后可以通過調用selector的selectedKeys()方法，訪問“已選擇鍵集（selected key set）”中的就緒通道。如下所示：
| 1 | Set selectedKeys = selector.selectedKeys(); |
當像Selector注冊Channel時，Channel.register()方法會返回一個SelectionKey 對象。這個對象代表了注冊到該Selector的通道。可以通過SelectionKey的selectedKeySet()方法訪問這些對象。
注意每次迭代末尾的keyIterator.remove()調用。Selector不會自己從已選擇鍵集中移除SelectionKey實例。必須在處理完通道時自己移除。下次該通道變成就緒時，Selector會再次將其放入已選擇鍵集中。
SelectionKey.channel()方法返回的通道需要轉型成你要處理的類型，如ServerSocketChannel或SocketChannel等。
一個完整的使用Selector和ServerSocketChannel的案例可以參考案例5的selector()方法。
內存映射文件
JAVA處理大文件，一般用BufferedReader,BufferedInputStream這類帶緩沖的IO類，不過如果文件超大的話，更快的方式是采用MappedByteBuffer。
MappedByteBuffer是NIO引入的文件內存映射方案，讀寫性能極高。NIO最主要的就是實現了對異步操作的支持。其中一種通過把一個套接字通道(SocketChannel)注冊到一個選擇器(Selector)中,不時調用后者的選擇(select)方法就能返回滿足的選擇鍵(SelectionKey),鍵中包含了SOCKET事件信息。這就是select模型。
SocketChannel的讀寫是通過一個類叫ByteBuffer來操作的.這個類本身的設計是不錯的,比直接操作byte[]方便多了. ByteBuffer有兩種模式:直接/間接.間接模式最典型(也只有這么一種)的就是HeapByteBuffer,即操作堆內存 (byte[]).但是內存畢竟有限,如果我要發送一個1G的文件怎么辦?不可能真的去分配1G的內存.這時就必須使用”直接”模式,即 MappedByteBuffer,文件映射.
先中斷一下,談談操作系統的內存管理.一般操作系統的內存分兩部分:物理內存;虛擬內存.虛擬內存一般使用的是頁面映像文件,即硬盤中的某個(某些)特殊的文件.操作系統負責頁面文件內容的讀寫,這個過程叫”頁面中斷/切換”. MappedByteBuffer也是類似的,你可以把整個文件(不管文件有多大)看成是一個ByteBuffer.MappedByteBuffer 只是一種特殊的ByteBuffer，即是ByteBuffer的子類。 MappedByteBuffer 將文件直接映射到內存（這里的內存指的是虛擬內存，并不是物理內存）。通常，可以映射整個文件，如果文件比較大的話可以分段進行映射，只要指定文件的那個部分就可以。
概念
FileChannel提供了map方法來把文件影射為內存映像文件： MappedByteBuffer map(int mode,long position,long size); 可以把文件的從position開始的size大小的區域映射為內存映像文件，mode指出了 可訪問該內存映像文件的方式：
- READ_ONLY,（只讀）： 試圖修改得到的緩沖區將導致拋出 ReadOnlyBufferException.(MapMode.READ_ONLY)
- READ_WRITE（讀/寫）： 對得到的緩沖區的更改最終將傳播到文件；該更改對映射到同一文件的其他程序不一定是可見的。 (MapMode.READ_WRITE)
- PRIVATE（專用）： 對得到的緩沖區的更改不會傳播到文件，并且該更改對映射到同一文件的其他程序也不是可見的；相反，會創建緩沖區已修改部分的專用副本。 (MapMode.PRIVATE)
MappedByteBuffer是ByteBuffer的子類，其擴充了三個方法：
- force()：緩沖區是READ_WRITE模式下，此方法對緩沖區內容的修改強行寫入文件；
- load()：將緩沖區的內容載入內存，并返回該緩沖區的引用；
- isLoaded()：如果緩沖區的內容在物理內存中，則返回真，否則返回假；
案例對比
這里通過采用ByteBuffer和MappedByteBuffer分別讀取大小約為5M的文件”src/1.ppt”來比較兩者之間的區別，method3()是采用MappedByteBuffer讀取的，method4()對應的是ByteBuffer。
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通過在入口函數main()中運行：
| 1 2 3 | method3(); ???????System.out.println("============="); ???????method4(); |
輸出結果（運行在普通PC機上）：
| 1 2 3 | Read time: 2ms ============= Read time: 12ms |
通過輸出結果可以看出彼此的差別，一個例子也許是偶然，那么下面把5M大小的文件替換為200M的文件，輸出結果：
| 1 2 3 | Read time: 1ms ============= Read time: 407ms |
可以看到差距拉大。
注：MappedByteBuffer有資源釋放的問題：被MappedByteBuffer打開的文件只有在垃圾收集時才會被關閉，而這個點是不確定的。在Javadoc中這里描述：A mapped byte buffer and the file mapping that it represents remian valid until the buffer itself is garbage-collected。詳細可以翻閱參考資料5和6.
其余功能介紹
看完以上陳述，詳細大家對NIO有了一定的了解，下面主要通過幾個案例，來說明NIO的其余功能，下面代碼量偏多，功能性講述偏少。
Scatter/Gatter
分散（scatter）從Channel中讀取是指在讀操作時將讀取的數據寫入多個buffer中。因此，Channel將從Channel中讀取的數據“分散（scatter）”到多個Buffer中。
聚集（gather）寫入Channel是指在寫操作時將多個buffer的數據寫入同一個Channel，因此，Channel 將多個Buffer中的數據“聚集（gather）”后發送到Channel。
scatter / gather經常用于需要將傳輸的數據分開處理的場合，例如傳輸一個由消息頭和消息體組成的消息，你可能會將消息體和消息頭分散到不同的buffer中，這樣你可以方便的處理消息頭和消息體。
案例：
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transferFrom & transferTo
FileChannel的transferFrom()方法可以將數據從源通道傳輸到FileChannel中。
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方法的輸入參數position表示從position處開始向目標文件寫入數據，count表示最多傳輸的字節數。如果源通道的剩余空間小于 count 個字節，則所傳輸的字節數要小于請求的字節數。此外要注意，在SoketChannel的實現中，SocketChannel只會傳輸此刻準備好的數據（可能不足count字節）。因此，SocketChannel可能不會將請求的所有數據(count個字節)全部傳輸到FileChannel中。
transferTo()方法將數據從FileChannel傳輸到其他的channel中。
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上面所說的關于SocketChannel的問題在transferTo()方法中同樣存在。SocketChannel會一直傳輸數據直到目標buffer被填滿。
Pipe
Java NIO 管道是2個線程之間的單向數據連接。Pipe有一個source通道和一個sink通道。數據會被寫到sink通道，從source通道讀取。
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DatagramChannel
Java NIO中的DatagramChannel是一個能收發UDP包的通道。因為UDP是無連接的網絡協議，所以不能像其它通道那樣讀取和寫入。它發送和接收的是數據包。
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可以通過閱讀參考資料2和3了解更多的NIO細節知識，前人栽樹后人乘涼，這里就不贅述啦。
參考資料
1.?Java NIO
2.?Java NIO 系列教程
3.?Java NIO 詳解
4. 《深入分析Java Web技術內幕》許令波 著
5.?java大文件讀寫操作，java nio 之MappedByteBuffer，高效文件/內存映射
6.?java nio 之MappedByteBuffer，高效文件/內存映射
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from:?http://www.importnew.com/19816.html
總結
以上是生活随笔為你收集整理的攻破JAVA NIO技术壁垒的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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