Netty 是基于Java NIO 封裝的網(wǎng)絡(luò)通訊框架，只有充分理解了 Java NIO 才能理解好Netty的底層設(shè)計(jì)。Java NIO 由三個(gè)核心組件組件：

• Buffer
• Channel
• Selector

緩沖區(qū) Buffer

Buffer 是一個(gè)數(shù)據(jù)對象，我們可以把它理解為固定數(shù)量的數(shù)據(jù)的容器，它包含一些要寫入或者讀出的數(shù)據(jù)。

在 Java NIO 中，任何時(shí)候訪問 NIO 中的數(shù)據(jù)，都需要通過緩沖區(qū)（Buffer）進(jìn)行操作。讀取數(shù)據(jù)時(shí)，直接從緩沖區(qū)中讀取，寫入數(shù)據(jù)時(shí)，寫入至緩沖區(qū)。NIO 最常用的緩沖區(qū)則是 ByteBuffer。下圖是 Buffer 繼承關(guān)系圖：

image

每一個(gè) Java 基本類型都對應(yīng)著一種 Buffer，他們都包含這相同的操作，只不過是所處理的數(shù)據(jù)類型不同而已。

通道 Channel

Channel 是一個(gè)通道，它就像自來水管一樣，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通過 Channel 這根水管讀取和寫入。傳統(tǒng)的 IO 是基于流進(jìn)行操作的，Channle 和類似，但又有些不同：

image.png

正如上面說到的，Channel 必須要配合 Buffer 一起使用，我們永遠(yuǎn)不可能將數(shù)據(jù)直接寫入到 Channel 中，同樣也不可能直接從 Channel 中讀取數(shù)據(jù)。都是通過從 Channel 讀取數(shù)據(jù)到 Buffer 中或者從 Buffer 寫入數(shù)據(jù)到 Channel 中，如下：

image

簡單點(diǎn)說，Channel 是數(shù)據(jù)的源頭或者數(shù)據(jù)的目的地，用于向 buffer 提供數(shù)據(jù)或者讀取 buffer 數(shù)據(jù)，并且對 I/O 提供異步支持。

下圖是 Channel 的類圖

image.png

Channel 為最頂層接口，所有子 Channel 都實(shí)現(xiàn)了該接口，它主要用于 I/O 操作的連接。定義如下：

public interface Channel extends Closeable {

    /**

     * 判斷此通道是否處于打開狀態(tài)。 

     */

    public boolean isOpen();

    /**

     *關(guān)閉此通道。

     */

    public void close() throws IOException;
}

最為重要的Channel實(shí)現(xiàn)類為：

• FileChannel：一個(gè)用來寫、讀、映射和操作文件的通道
• DatagramChannel：能通過 UDP 讀寫網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)
• SocketChannel: 能通過 TCP 讀寫網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)
• ServerSocketChannel：可以監(jiān)聽新進(jìn)來的 TCP 連接，像 Web 服務(wù)器那樣。對每一個(gè)新進(jìn)來的連接都會(huì)創(chuàng)建一個(gè) SocketChannel

多路復(fù)用器 Selector

多路復(fù)用器 Selector，它是 Java NIO 編程的基礎(chǔ)，它提供了選擇已經(jīng)就緒的任務(wù)的能力。從底層來看，Selector 提供了詢問通道是否已經(jīng)準(zhǔn)備好執(zhí)行每個(gè) I/O 操作的能力。簡單來講，Selector 會(huì)不斷地輪詢注冊在其上的 Channel，如果某個(gè) Channel 上面發(fā)生了讀或者寫事件，這個(gè) Channel 就處于就緒狀態(tài)，會(huì)被 Selector 輪詢出來，然后通過 SelectionKey 可以獲取就緒 Channel 的集合，進(jìn)行后續(xù)的 I/O 操作。

Selector 允許一個(gè)線程處理多個(gè) Channel ，也就是說只要一個(gè)線程復(fù)雜 Selector 的輪詢，就可以處理成千上萬個(gè) Channel ，相比于多線程來處理勢必會(huì)減少線程的上下文切換問題。下圖是一個(gè) Selector 連接三個(gè) Channel ：

image

實(shí)例

服務(wù)端

public class NIOServer {
    /*接受數(shù)據(jù)緩沖區(qū)*/

    private ByteBuffer sendbuffer = ByteBuffer.allocate(1024);

    /*發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)*/

    private  ByteBuffer receivebuffer = ByteBuffer.allocate(1024);

    private Selector selector;

    public NIOServer(int port) throws IOException {

        // 打開服務(wù)器套接字通道
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();

        // 服務(wù)器配置為非阻塞
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);

        // 檢索與此通道關(guān)聯(lián)的服務(wù)器套接字
        ServerSocket serverSocket = serverSocketChannel.socket();

        // 進(jìn)行服務(wù)的綁定
        serverSocket.bind(new InetSocketAddress(port));

        // 通過open()方法找到Selector
        selector = Selector.open();

        // 注冊到selector，等待連接
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

        System.out.println("Server Start----:");

    }

    private void listen() throws IOException {

        while (true) {

            selector.select();

            Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();

            Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();

            while (iterator.hasNext()) {

                SelectionKey selectionKey = iterator.next();

                iterator.remove();

                handleKey(selectionKey);

            }

        }

    }

    private void handleKey(SelectionKey selectionKey) throws IOException {

        // 接受請求
        ServerSocketChannel server = null;

        SocketChannel client = null;

        String receiveText;

        String sendText;

        int count=0;

        // 測試此鍵的通道是否已準(zhǔn)備好接受新的套接字連接。
        if (selectionKey.isAcceptable()) {

            // 返回為之創(chuàng)建此鍵的通道。
            server = (ServerSocketChannel) selectionKey.channel();

            // 接受到此通道套接字的連接。
            // 此方法返回的套接字通道（如果有）將處于阻塞模式。
            client = server.accept();

            // 配置為非阻塞
            client.configureBlocking(false);

            // 注冊到selector，等待連接
            client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

        } else if (selectionKey.isReadable()) {

            // 返回為之創(chuàng)建此鍵的通道。
            client = (SocketChannel) selectionKey.channel();

            //將緩沖區(qū)清空以備下次讀取
            receivebuffer.clear();

            //讀取服務(wù)器發(fā)送來的數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)中
            count = client.read(receivebuffer);

            if (count > 0) {

                receiveText = new String( receivebuffer.array(),0,count);

                System.out.println("服務(wù)器端接受客戶端數(shù)據(jù)--:"+receiveText);

                client.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE);

            }

        } else if (selectionKey.isWritable()) {

            //將緩沖區(qū)清空以備下次寫入
            sendbuffer.clear();

            // 返回為之創(chuàng)建此鍵的通道。
            client = (SocketChannel) selectionKey.channel();

            sendText="message from server--";

            //向緩沖區(qū)中輸入數(shù)據(jù)
            sendbuffer.put(sendText.getBytes());

            //將緩沖區(qū)各標(biāo)志復(fù)位,因?yàn)橄蚶锩鎝ut了數(shù)據(jù)標(biāo)志被改變要想從中讀取數(shù)據(jù)發(fā)向服務(wù)器,就要復(fù)位
            sendbuffer.flip();

            //輸出到通道
            client.write(sendbuffer);

            System.out.println("服務(wù)器端向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)--："+sendText);

            client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

        }

    }

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

        int port = 8080;

        NIOServer server = new NIOServer(port);

        server.listen();

    }

}

客戶端

public class NIOClient {
    /*接受數(shù)據(jù)緩沖區(qū)*/
    private static ByteBuffer sendbuffer = ByteBuffer.allocate(1024);

    /*發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)*/
    private static ByteBuffer receivebuffer = ByteBuffer.allocate(1024);

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

        // 打開socket通道
        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();

        // 設(shè)置為非阻塞方式
        socketChannel.configureBlocking(false);

        // 打開選擇器
        Selector selector = Selector.open();

        // 注冊連接服務(wù)端socket動(dòng)作
        socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT);

        // 連接

        socketChannel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8080));

        Set<SelectionKey> selectionKeys;

        Iterator<SelectionKey> iterator;

        SelectionKey selectionKey;

        SocketChannel client;

        String receiveText;

        String sendText;

        int count=0;

        while (true) {

            //選擇一組鍵，其相應(yīng)的通道已為 I/O 操作準(zhǔn)備就緒。
            //此方法執(zhí)行處于阻塞模式的選擇操作。
            selector.select();

            //返回此選擇器的已選擇鍵集。
            selectionKeys = selector.selectedKeys();

            //System.out.println(selectionKeys.size());
            iterator = selectionKeys.iterator();

            while (iterator.hasNext()) {

                selectionKey = iterator.next();

                if (selectionKey.isConnectable()) {

                    System.out.println("client connect");

                    client = (SocketChannel) selectionKey.channel();

                    // 判斷此通道上是否正在進(jìn)行連接操作。
                    // 完成套接字通道的連接過程。
                    if (client.isConnectionPending()) {

                        client.finishConnect();

                        System.out.println("完成連接!");

                        sendbuffer.clear();

                        sendbuffer.put("Hello,Server".getBytes());

                        sendbuffer.flip();

                        client.write(sendbuffer);

                    }

                    client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

                } else if (selectionKey.isReadable()) {

                    client = (SocketChannel) selectionKey.channel();

                    //將緩沖區(qū)清空以備下次讀取
                    receivebuffer.clear();

                    //讀取服務(wù)器發(fā)送來的數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)中
                    count=client.read(receivebuffer);

                    if(count>0){

                        receiveText = new String( receivebuffer.array(),0,count);

                        System.out.println("客戶端接受服務(wù)器端數(shù)據(jù)--:"+receiveText);

                        client.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE);

                    }

                } else if (selectionKey.isWritable()) {

                    sendbuffer.clear();

                    client = (SocketChannel) selectionKey.channel();

                    sendText = "message from client--";

                    sendbuffer.put(sendText.getBytes());

                    //將緩沖區(qū)各標(biāo)志復(fù)位,因?yàn)橄蚶锩鎝ut了數(shù)據(jù)標(biāo)志被改變要想從中讀取數(shù)據(jù)發(fā)向服務(wù)器,就要復(fù)位
                    sendbuffer.flip();

                    client.write(sendbuffer);

                    System.out.println("客戶端向服務(wù)器端發(fā)送數(shù)據(jù)--："+sendText);

                    client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

                }

            }

            selectionKeys.clear();

        }

    }
}

運(yùn)行結(jié)果