Java NIO和IO之间第一个区别是， IO是面向流的， NIO是面向缓冲区的。 Java IO面向流意味着每次从流中读一个或多个字节，直至读取所有字节，它们没有被缓存在任何地方。 JavaNIO的缓冲导向方法略有不同。数据读取到一个它稍后处理的缓冲区，需要时可在缓冲区中前后移动。还需要检查是否该缓冲区中包含所有您需要处理的数据。而且，需确保当更多的数据读入缓冲区时，不要覆盖缓冲区里尚未处理的数据。

另外， Java IO的各种流是阻塞的，而Java NIO是非阻塞的。 IO是当一个线程调用read() 或write()时，该线程被阻塞，直到有一些数据被读取，或数据完全写入。该线程在此期间不能再干任何事情了。而Java NIO的非阻塞模式，使一个线程从某通道发送请求读取数据，但是它仅能得到目前可用的数据，如果目前没有数据可用时，就什么都不会获取。而不是保持线程阻塞，所以直至数据变的可以读取之前，该线程可以继续做其他的事情。非阻塞写也是如此。一个线程请求写入一些数据到某通道，但不需要等待它完全写入，这个线程同时可以去做别的事情。而且， Java IO: 一个典型的IO服务器设计- 一个连接通过一个线程处理，而NIO可让您只使用一个单线程管理多个通道（网络连接或文件），但付出的代价是解析数据可能会比从一个阻塞流中读取数据更复杂。

java NIO主要组成部分

Channels
Buffers
Selectors

虽然Java NIO 中除此之外还有很多类和组件，但在我看来， Channel， Buffer 和 Selector 构成了核心的API。其它组件，如Pipe和FileLock，只不过是与三个核心组件共同使用的工具类。

Java NIO的通道类似流，但又有些不同：

既可以从通道中读取数据，又可以写数据到通道。但流的读写通常是单向的。
通道可以异步地读写。
通道中的数据总是要先读到一个Buffer，或者总是要从一个Buffer中写入。

Channel 和 Buffer

基本上，所有的 IO 在NIO 中都从一个Channel 开始。 Channel 有点象流。数据可以从Channel读到Buffer中，也可以从Buffer 写到Channel中。

Channel和Buffer有好几种类型。下面是JAVA NIO中的一些主要Channel的实现：

FileChannel,从文件中读写数据。
DatagramChannel，能通过UDP读写网络中的数据
SocketChannel,能通过TCP读写网络中的数据
ServerSocketChannel,以监听新进来的TCP连接，像Web服务器那样。对每一个新进来的连接都会创建一个SocketChannel。正如你所看到的，这些通道涵盖了UDP 和 TCP 网络IO，以及文件IO。

基本的Channel示例

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        RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("data/nio-data.txt", "rw");
        FileChannel inChannel = aFile.getChannel();
        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
        int bytesRead = inChannel.read(buf);
        while (bytesRead != -1) {
            System.out.println("Read " + bytesRead);
            buf.flip();
            while (buf.hasRemaining()) {
                System.out.print((char) buf.get());
            }
            buf.clear();
            bytesRead = inChannel.read(buf);
        }
        aFile.close();

注意 buf.flip() 的调用，首先读取数据到Buffer，然后反转Buffer,接着再从Buffer中读取数据。

Java NIO中的Buffer用于和NIO通道进行交互。如你所知，数据是从通道读入缓冲区，从缓冲区写入到通道中的。缓冲区本质上是一块可以写入数据，然后可以从中读取数据的内存。这块内存被包装成NIOBuffer对象，并提供了一组方法，用来方便的访问该块内存。以下是Java NIO里关键的Buffer实现：

ByteBuffer
CharBuffer
DoubleBuffer
FloatBuffer
IntBuffer
LongBuffer
ShortBuffer

这些Buffer覆盖了你能通过IO发送的基本数据类型： byte, short, int, long, float, double 和char。Java NIO 还有个 MappedByteBuffer，用于表示内存映射文件。

当向buffer写入数据时， buffer会记录下写了多少数据。一旦要读取数据，需要通过flip()方法将Buffer从写模式切换到读模式。在读模式下，可以读取之前写入到buffer的所有数据。一旦读完了所有的数据，就需要清空缓冲区，让它可以再次被写入。有两种方式能清空缓冲区：调用clear()或compact()方法。 clear()方法会清空整个缓冲区。 compact()方法只会清除已经读过的数据。任何未读的数据都被移到缓冲区的起始处，新写入的数据将放到缓冲区未读数据的后面。

Buffer的capacity,position和limit

position 当你写数据到Buffer中时， position表示当前的位置。初始的position值为0.当一个byte、 long等数据写到Buffer后， position会向前移动到下一个可插入数据的Buffer单元。 position最大可为capacity – 1.当读取数据时，也是从某个特定位置读。当将Buffer从写模式切换到读模式， position会被重置为0. 当从Buffer的position处读取数据时， position向前移动到下一个可读的位置。
limit 在写模式下， Buffer的limit表示你最多能往Buffer里写多少数据。写模式下， limit等于Buffer的capacity。当切换Buffer到读模式时， limit表示你最多能读到多少数据。因此，当切换Buffer到读模式时， limit会被设置成写模式下的position值。换句话说，你能读到之前写入的所有数据（ limit被设置成已写数据的数量，这个值在写模式下就是position）

向Buffer中写数据

写数据到Buffer有两种方式：从Channel写到Buffer。通过Buffer的put()方法写到Buffer里。

从Buffer中读取数据

从Buffer中读取数据有两种方式：从Buffer读取数据到Channel。使用get()方法从Buffer中读取数据。

Selector

Selector（选择器）是Java NIO中能够检测一到多个NIO通道，并能够知晓通道是否为诸如读写事件做好准备的组件。这样，一个单独的线程可以管理多个channel，从而管理多个网络连接。Selector允许单线程处理多个 Channel。如果你的应用打开了多个连接（通道），但每个连接的流量都很低，使用Selector就会很方便。例如，在一个聊天服务器中

为什么使用Selector?

仅用单个线程来处理多个Channels的好处是，只需要更少的线程来处理通道。事实上，可以只用一个线程处理所有的通道。对于操作系统来说，线程之间上下文切换的开销很大，而且每个线程都要占用系统的一些资源（如内存）。因此，使用的线程越少越好。

Selector的创建

通过调用Selector.open()方法创建一个Selector，如下： Selector selector = Selector.open();

要使用Selector，得向Selector注册Channel，然后调用它的select()方法。这个方法会一直阻塞到某个注册的通道有事件就绪。一旦这个方法返回，线程就可以处理这些事件，事件的例子有如新连接进来，数据接收等。与Selector一起使用时， Channel必须处于非阻塞模式下。这意味着不能将FileChannel与Selector一起使用，因为FileChannel不能切换到非阻塞模式。而套接字通道都可以。

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channel.configureBlocking(false);
SelectionKey key = channel.register(selector, Selectionkey.OP_READ);

注意register()方法的第二个参数。这是一个“interest集合”，意思是在通过Selector监听Channel时对什么事件感兴趣。可以监听四种不同类型的事件

SelectionKey.OP_CONNECT
SelectionKey.OP_ACCEPT
SelectionKey.OP_READ
SelectionKey.OP_WRITE

如果你对不止一种事件感兴趣，那么可以用“位或”操作符将常量连接起来，如下: int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;

Scatter/Gather

Java NIO开始支持scatter/gather， scatter/gather可以从Channel中读入和读取数据。分散（ scatter）从Channel中读取是指在读操作时将读取的数据写入多个buffer中。因此，Channel将从Channel中读取的数据“分散（ scatter） ”到多个Buffer中。聚集（ gather）写入Channel是指在写操作时将多个buffer的数据写入同一个Channel，因此，Channel 将多个Buffer中的数据“聚集（ gather） ”后发送到Channel。scatter / gather经常用于需要将传输的数据分开处理的场合，例如传输一个由消息头和消息体组成的消息，你可能会将消息体和消息头分散到不同的buffer中，这样你可以方便的处理消息头和消息体

Scattering Reads

Scattering Reads是指数据从一个channel读取到多个buffer中。

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ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(128);
ByteBuffer body = ByteBuffer.allocate(1024);
ByteBuffer[] bufferArray = { header, body };
channel.read(bufferArray);

read()方法按照buffer在数组中的顺序将从channel中读取的数据写入到buffer，当一个buffer被写满后， channel紧接着向另一个buffer中写。Scattering Reads在移动下一个buffer前，必须填满当前的buffer，这也意味着它不适用于动态消息(译者注：消息大小不固定)。换句话说，如果存在消息头和消息体，消息头必须完成填充（例如 128byte）， Scattering Reads才能正常工作

Gathering Writes

Gathering Writes是指数据从多个buffer写入到同一个channel。

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ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(128);
ByteBuffer body = ByteBuffer.allocate(1024);
//write data into buffers
ByteBuffer[] bufferArray = { header, body };
channel.write(bufferArray);

buffers数组是write()方法的入参， write()方法会按照buffer在数组中的顺序，将数据写入到channel，注意只有position和limit之间的数据才会被写入。因此，如果一个buffer的容量为128byte，但是仅仅包含58byte的数据,那么这58byte的数据将被写入到channel中。因此 Scattering Reads相反， Gathering Writes能较好的处理动态消息。

jdk源码系列-NIO