NIO 直接内存

电话面试

在NIO中有几个比较关键的概念：Channel（通道），Buffer（缓冲区），Selector（选择器）。

因此可以将NIO 中的Channel同传统IO中的Stream来类比，但是要注意，传统IO中，Stream是单向的，比如InputStream只能进行读取操作，OutputStream只能进行写操作。而Channel是双向的，既可用来进行读操作，又可用来进行写操作。

Buffer（缓冲区），是NIO中非常重要的一个东西，在NIO中所有数据的读和写都离不开Buffer。比如上面的一段代码中，读取的数据时放在byte数组当中，而在NIO中，读取的数据只能放在Buffer中。同样地，写入数据也是先写入到Buffer中。

NIO中最核心的一个东西：Selector。可以说它是NIO中最关键的一个部分，Selector的作用就是用来轮询每个注册的Channel，一旦发现Channel有注册的事件发生，便获取事件然后进行处理。

直接内存

写NIO程序经常使用ByteBuffer来读取或者写入数据，那么使用ByteBuffer.allocate(capability)还是使用ByteBuffer.allocteDirect(capability)来分配缓存了？第一种方式是分配JVM堆内存，属于GC管辖范围，由于需要拷贝所以速度相对较慢；第二种方式是分配OS本地内存，不属于GC管辖范围，由于不需要内存拷贝所以速度相对较快。

我们肯定想选择比较快的，但问题是直接内存不属于GC管辖范围，需要弄清楚这部分内存如何管理，否则造成内存泄露就麻烦了。本地内存在JAVA中有一个对应的包装类DirectByteBuffer，该类属于Java类，适当的时候会被GC回收，当它被回收前会调用本地方法把直接内存给释放了，所以本地内存可以随DirectByteBuffer对象被回收而自动回收，貌似没有问题；但如果不断分配本地内存，堆内存很少使用，那么JVM就不需要执行GC，DirectByteBuffer对象们就不会被回收，这时候堆内存充足，但本地内存可能已经使用光了，再次尝试分配本地内存就会出现OutOfMemoryError，那程序就直接崩溃了。

主动释放本地内存，把握主动权？果然DirectByteBuffer持有一个Cleaner对象，该对象有一个clean()方法可用于释放本地内存，所以需要的时候我们可以调用这个方法手动释放本地内存。

ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocateDirect(1024*1024*512);

TimeUnit.SECONDS.sleep(10);

//清除直接缓存
((DirectBuffer)bb).cleaner().clean();

Channel

通道是双向的，通过一个Channel既可以进行读，也可以进行写；而Stream只能进行单向操作，通过一个Stream只能进行读或者写；

常用的几种通道：
FileChannel SocketChanel ServerSocketChannel DatagramChannel
过使用FileChannel可以从文件读或者向文件写入数据；通过SocketChannel，以TCP来向网络连接的两端读写数据；通过ServerSocketChanel能够监听客户端发起的TCP连接，并为每个TCP连接创建一个新的SocketChannel来进行数据读写；通过DatagramChannel，以UDP协议来向网络连接的两端读写数据。

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws IOException  {
        File file = new File("data.txt");
        FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream(file);
        FileChannel channel = outputStream.getChannel();
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        String string = "java nio";
        buffer.put(string.getBytes());
        buffer.flip();     //此处必须要调用buffer的flip方法
        channel.write(buffer);
        channel.close();
        outputStream.close();
    }  
}

Buffer

Buffer，故名思意，缓冲区，实际上是一个容器，是一个连续数组。Channel提供从文件、网络读取数据的渠道，但是读取或写入的数据都必须经由Buffer。具体看下面这张图就理解了：

Buffer是一个顶层父类，它是一个抽象类，常用的Buffer的子类有：
ByteBuffer
IntBuffer
CharBuffer
LongBuffer
DoubleBuffer
FloatBuffer
ShortBuffer

Selector

Selector类是NIO的核心类，Selector能够检测多个注册的通道上是否有事件发生，如果有事件发生，便获取事件然后针对每个事件进行相应的响应处理。这样一来，只是用一个单线程就可以管理多个通道，也就是管理多个连接。这样使得只有在连接真正有读写事件发生时，才会调用函数来进行读写，就大大地减少了系统开销，并且不必为每个连接都创建一个线程，不用去维护多个线程，并且避免了多线程之间的上下文切换导致的开销。

　　与Selector有关的一个关键类是SelectionKey，一个SelectionKey表示一个到达的事件，这2个类构成了服务端处理业务的关键逻辑。