前言
前面兩篇文章（Java NIO之理解I/O模型（一）、Java NIO之理解I/O模型（二））介紹了，IO的機制，以及幾種IO模型的內容，還有涉及到的設計模式。這次要寫一些更貼近實際一些的內容了，終於要說到了Java中的各種IO了。我也是邊學邊理解，有寫的不對的地方，歡迎小伙伴們指出和補充。
Java中的IO分類
BIO
BIO是指 Blocking IO 在JDK1.0的時候就引入了，直到JDK1.4一直都是Java中唯一的IO方式。它的主要實現方式就是，一個線程執行一個請求，如果請求數據量較大線程就會一直占用着，又或者請求什么也不做，也是會占用一個線程的，這樣當客戶端請求數量變多時，服務端線程數也跟着變多，最終就會導致服務端CPU崩潰的。當然可以使用線程池來減小CPU的壓力，但是畢竟線程池也不是從本質上解決問題（長鏈接，線程池大小，以及拒絕策略等等因素都要考慮）。
無論是網絡連接還是本地讀取輸出操作都是這種方式。具體的例子我就不舉了（畢竟BIO不是本次的重點）。
NIO
Java中的NIO其實就是使用的多路I/O復用模型，前面的文章已經介紹過原理了，但是在理解Java的NIO之前，還是先介紹幾個Java NIO的基礎概念：Channel（通道），Buffer（緩沖區），Selector（選擇器）。
Channel（通道）
Channel可以理解為，互通的管道，和Java的IO中的各種Stream(InputStream、OutputStream等等)一個等級，只不過Channel是雙向的，而Stream是單向的。通道的作用是將數據移入或移出道各種I/O源，即可讀又可寫。
在Java中Channel類的層次結構相當復雜，有多個接口和許多可選操作。不過，常用的也就幾個。
FileChannel
DatagramChannel
SocketChannel
ServerSocketChannel
FileChannel可以對文件進行讀和寫，DatagramChannel可以以UDP的協議來進行數據讀寫，SocketChannel以TCP的協議來對網絡兩端進行讀寫，ServerSocketChanel能夠監聽客戶端發起的TCP連接，並為每個TCP連接創建一個新的SocketChannel來進行數據讀寫。
Buffer（緩沖區）
Buffer是一個高效的數據容器，在NIO中所有的數據操作都必須經過緩沖區，這點是和BIO不同的，BIO是直接將數據寫到Stream對象中的。因為Stream對象的設計是按順序一個字節一個字節的傳送數據。雖然出於性能考慮，也可以傳遞字節數組，但是基本概念都是一個字節一個字節的傳遞數據。通道與之不同之處在於，通道會傳送緩沖區的數據塊，而且通道的基本概念就是按照一個數據塊一個數據塊的去讀和寫。所以也可以將緩沖區理解為一個字節數組，專門用來存儲以及准備好出入通道的字節。
如下圖：
如上圖所示，無論是客戶端發送和接收數據，還是服務端接收和相應數據，都是從緩沖區中進行數據操作的。
在Java中除了boolean外，所有的基本數據類型都有特定的Buffer子類：
ByteBuffer、CharBuffer、DoubleBuffer、FloatBuffer、IntBuffer、LongBuffer、ShortBuffer。網絡程序幾乎只會使用ByteBuffer，但程序偶爾也會使用其他類型來取代ByteBuffer。
除了數據列表外，每個緩沖區都記錄了信息的4個關鍵部分。無論是何種類型，都有相同的方法來獲取和設置這些值：
-
位置（position）
緩沖區中將讀取或寫入的下一個位置。這個位置從0開始計，最大值等於緩沖區的大小。可以用下面兩個方法獲取和設置。
public final int position(); public final Buffer position(int newPosition);
-
容量（capacity）
緩沖區可以保存的最大數目。容量值在創建緩沖區時設置，此后不能改變。
可以用以下方法讀取：
public final int capacity();
-
限度（limit）
緩沖區中可訪問數據的末尾位置。只要不改變限度，就無法讀/寫超過這個位置的數據，即使緩沖區有更大的容量也沒有用。限度可以用下面兩個放獲取和設置。
public final int limit(); public final Buffer limit(int newLimit);
-
標記（mark）
緩沖區中客戶端指定的索引。通過調用mark()可以將標記設置為當前位置。調用reset()可以將當前位置設置為所標識的位置。
public final Buffer mark() ; public final Buffer reset();
如果將位置設置為低於現有標記，則丟棄這個標記。
與讀取InputStream不同，讀取緩沖區實際上不會以任何方式改變緩沖區中的數據。只可能向前或向后設置位置，從而可以從緩沖區中某個特定位置開始讀取。類似的程序可以調整限度，從而控制將要讀取的數據的末尾。只有容量是固定的。
Selector（選擇器）
Selector是Java NIO中最重要的一部分，Selector的作用就是用單線程來輪詢處理注冊的Channel，一旦哪個Channel的數據准備就緒了，就可以進行處理了。
如下圖：
使用Selector，要先向Selector中注冊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Channel中的事件准備就緒。一旦select()方法返回，線程就可以處理這些事件了，比如新的連接進入，數據接收等。
Selector類並沒有注冊新通道的方法，register()方法是在SelectableChannel類中聲明。SelectableChannel類是實現自Channel接口的，它支持將Channel注冊到Selector中。
SelectableChannel提供了兩個注冊Channel的方法：
public abstract SelectionKey register(Selector sel, int ops, Object att) throws ClosedChannelException; public final SelectionKey register(Selector sel, int ops) throws ClosedChannelException;
第一個參數代表通道要向哪個選擇器注冊。第二個參數是SelectionKey類中的一個命名常量，標識所注冊的操作。
SelectionKey定義了4個命名位常量，用戶選擇操作類型：
SelectionKey.OP_READ;
SelectionKey.OP_WRITE;
SelectionKey.OP_CONNECT;
SelectionKey.OP_ACCEPT;
當一個通道需要在同一個選擇器中關注多個操作，只需要用戶位“或”操作符組合這些常量即可。
channel.register(selector,SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE);
第三個參數是可選的，代表鍵的附件。這個參數通常用戶存儲鏈接狀態，例如：如果要實現一個Web服務器，可能要附加一個FileInputStream或FileChannel，這個流或通道連接到服務器提供給客戶端的本地文件。
例子：
復制文件的讀寫操作，可以用來舉例說明NIO的一個大致過程。
public static void copyFileByNIO(String src,String dst) throws IOException { //聲明源文件和目標文件 RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile(src, "rw"); RandomAccessFile bFile = new RandomAccessFile(dst, "rw"); //獲得傳輸通道channel FileChannel inChannel = aFile.getChannel(); FileChannel outChannel = bFile.getChannel(); //獲得容器buffer ByteBuffer buffer= ByteBuffer.allocate(1024); while(true){ //判斷是否讀完文件 int eof =inChannel.read(buffer); if(eof==-1){ break; } //重設一下buffer的position=0，limit=position buffer.flip(); //開始寫 outChannel.write(buffer); //寫完要重置buffer，重設position=0,limit=capacity buffer.clear(); } inChannel.close(); outChannel.close(); aFile.close(); bFile.close(); }
AIO
AIO這次就不介紹了，我后續要單獨的拿出一整篇來介紹AIO。