NIO入门
I/O简介
I/O指的是计算机与外部世界或者一个程序与计算机的其余部分之间的接口。
在Java编程中，直到最近一直使用流的方式完成I/O。所有I/O都被视为单个的字节的流动，通过一个称为Stream的对象一次移动一个字节。流I/O用于与外部世界接触。它也在内部使用，用于将对象转换为字节，然后再转换回对象。
NIO与原来的I/O有同样的作用和目的，但是它使用不同的方式：块I/O
块I/O的效率比流I/O高很多
流与块的比较
面向流的I/O系统一次一个字节地处理数据。一个输入流产生一个字节的数据，一个输出流消费一个字节的数据。为流式数据创建过滤器非常容易。链接几个过滤器，以便每个过滤器只负责单个复杂处理机制的一部分。不利的一面是，面向流的I/O通常相当慢。
一个面向块的I/O系统以块的形式处理数据。每一个操作都在一步中产生或者消费一个数据库。按块处理数据比按（流式的）字节处理数据要快得多。但是面向块的I/O缺少一些面向流的I/O所具有的优雅型和简单性。
通道和缓冲区是NIO中的核心对象，几乎在每一个I/O操作中都要使用它们。
通道是对原I/O包中的流的模拟。到任何目的地的所有数据都必须通过一个Channel对象。一个Buffer实质上是一个容器对象。发送给一个通道的所有对象都必须首先放到缓冲区中；同样地，从通道中读取的任何数据都要读到缓冲区中。
什么是缓冲区
Buffer是一个对象，它包含一些要写入或者刚读出的数据。
在面向流的I/O中，你是将数据直接写入或者将数据直接读到Stream对象中。
在NIO库中，所有数据都是用缓冲区处理的。在读取数据时，它是直接读到缓冲区中的。在写入数据时，它是写入缓冲区中的。
缓冲区实质上是一个数组。通常它是一个字节数组，但是也可以使用其他种类的数组。但是一个缓冲区不仅仅是一个数组。缓冲区提供了对数据的结构化访问，而且还可以跟踪系统的读/写进程。
什么是通道
Channel是一个对象，可以通过它读取和写入数据。
所有数据都通过Buffer对象来处理。你不会将字节直接写入通道中，相反，你是将数据写入包含一个或者多个字节的缓冲区。
通道与流的不同之处在于通道是双向的。而流只是在一个方向上移动（一个流必须是InputStream或者OutputStream的子类），而通道可以用于读、写或者同时用于读写。
从文件中读取
我们将从一个文件中读取一些数据。如果使用原来的 I/O，那么我们只需创建一个 FileInputStream 并从它那里读取。而在 NIO 中，情况稍有不同：我们首先从 FileInputStream 获取一个 Channel 对象，然后使用这个通道来读取数据。
在 NIO 系统中，任何时候执行一个读操作，您都是从通道中读取，但是您不是 直接 从通道读取。因为所有数据最终都驻留在缓冲区中，所以您是从通道读到缓冲区中。
因此读取文件涉及三个步骤：(1) 从 FileInputStream 获取 Channel，(2) 创建 Buffer，(3) 将数据从 Channel 读到 Buffer 中。
读文件
第一步是获取通道。我们从 FileInputStream 获取通道：
FileInputStream fin = new FileInputStream( "readandshow.txt" );
FileChannel fc = fin.getChannel();
下一步是创建缓冲区：
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate( 1024 );
最后，需要将数据从通道读到缓冲区中，如下所示：
fc.read( buffer );
我们不需要告诉通道要读多少数据到缓冲区中。
写入文件
首先从 FileOutputStream 获取一个通道：
FileOutputStream fout = new FileOutputStream( "writesomebytes.txt" );
FileChannel fc = fout.getChannel();
下一步是创建一个缓冲区并在其中放入一些数据 - 在这里，数据将从一个名为 message 的数组中取出，这个数组包含字符串 "Some bytes" 的 ASCII 字节(本教程后面将会解释 buffer.flip() 和 buffer.put() 调用)。
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate( 1024 );
for (int i=0; i<message.length; ++i) {
buffer.put( message[i] );
}
buffer.flip();
最后一步是写入缓冲区中：
fc.write( buffer );
不需要告诉通道要写入多数据。
缓冲区内部细节
每一个读/写操作都会改变缓冲区的状态。通过记录和跟踪这些变化，缓冲区就能内部地管理自己的资源
状态变量
可以用三个值指定缓冲区在任意时刻的状态：
- position
- limit
- capacity
这三个变量一起可以跟踪缓冲区的状态和它所包含的数据。
Position
缓冲区实际上就是美化了的数组。在从通道读取是，你将所读取的数据放到底层的数组中。position变量跟踪已经写了多少数据，即它制定了下一个字节将放到数组的哪一个元素中。
limit
limit变量表面还有多少数据需要取出，或者还有多少空间可以放入数据
position 总是小于或者等于 limit
capacity
缓冲区的capacity表明可以储存在缓冲区中的最大数据容量。实际上，它指定了底层数组的大小，或者至少指定了准许我们使用的底层数组的容量
limit绝不能大于capacity
flip
flip() 方法。这个方法做两件非常重要的事：
- 它将 limit 设置为当前 position
- 它将 position 设置为 0
clear
clear() 方法。这个方法重设缓冲区以便接收更多的字节。 Clear 做两种非常重要的事情：
- 它将 limit 设置为与 capacity 相同。
- 它设置 position 为 0。
缓冲区分配和包装
在能够读和写之前，必须有一个缓冲区。要创建缓冲区，您必须 分配 它。我们使用静态方法 allocate() 来分配缓冲区：
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate( 1024 );
allocate() 方法分配一个具有指定大小的底层数组，并将它包装到一个缓冲区对象中 ― 在本例中是一个 ByteBuffer。
您还可以将一个现有的数组转换为缓冲区，如下所示：
byte array[] = new byte[1024];
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap( array );
缓冲区分片
slice()方法根据现有的缓冲区创建一种子缓冲区。也就是说，它创建一个新的缓冲区，新缓冲区与原来的缓冲区的一部分共享数据。
我们首先创建一个长度为 10 的 ByteBuffer：
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate( 10 );
然后使用数据来填充这个缓冲区，在第 n 个槽中放入数字 n：
for (int i=0; i<buffer.capacity(); ++i) {
buffer.put( (byte)i );
}
现在我们对这个缓冲区 分片 ，以创建一个包含槽 3 到槽 6 的子缓冲区。在某种意义上，子缓冲区就像原来的缓冲区中的一个 窗口 。
窗口的起始和结束位置通过设置 position 和 limit 值来指定，然后调用 Buffer 的 slice() 方法：
buffer.position( 3 );
buffer.limit( 7 );
ByteBuffer slice = buffer.slice();
片 是缓冲区的 子缓冲区 。不过， 片段 和 缓冲区 共享同一个底层数据数组
缓冲区分片和数据共享
我们遍历子缓冲区，将每一个元素乘以 11 来改变它。例如，5 会变成 55。
for (int i=0; i<slice.capacity(); ++i) {
byte b = slice.get( i );
b *= 11;
slice.put( i, b );
}
最后，再看一下原缓冲区中的内容：
buffer.position( 0 );
buffer.limit( buffer.capacity() );
while (buffer.remaining()>0) {
System.out.println( buffer.get() );
}
结果表明只有在子缓冲区窗口中的元素被改变了：
$ java SliceBuffer
0
1
2
33
44
55
66
7
8
9
只读缓冲区
通过调用缓冲区的 asReadOnlyBuffer() 方法，将任何常规缓冲区转换为只读缓冲区，这个方法返回一个与原缓冲区完全相同的缓冲区(并与其共享数据)，只不过它是只读的。
直接和间接缓冲区
直接缓冲区 是为加快 I/O 速度，而以一种特殊的方式分配其内存的缓冲区。
内存映射文件I/O
内存映射文件 I/O 是一种读和写文件数据的方法，它可以比常规的基于流或者基于通道的 I/O 快得多。
将文件映射到内存
下面代码行将文件的前 1024 个字节映射到内存中：
MappedByteBuffer mbb = fc.map( FileChannel.MapMode.READ_WRITE,
0, 1024 );
map() 方法返回一个 MappedByteBuffer，它是 ByteBuffer 的子类
分散和聚集
分散/聚集 I/O 是使用多个而不是单个缓冲区来保存数据的读写方法。
文件锁定
要获取文件的一部分上的锁，您要调用一个打开的 FileChannel 上的 lock() 方法。注意，如果要获取一个排它锁，您必须以写方式打开文件。
RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile( "usefilelocks.txt", "rw" );
FileChannel fc = raf.getChannel();
FileLock lock = fc.lock( start, end, false );
在拥有锁之后，您可以执行需要的任何敏感操作，然后再释放锁：
lock.release();
在释放锁后，尝试获得锁的其他任何程序都有机会获得它。
异步I/O
异步 I/O 是一种没有阻塞地读写数据的方法。通常，在代码进行 read() 调用时，代码会阻塞直至有可供读取的数据。同样， write() 调用将会阻塞直至数据能够写入。
异步 I/O 的一个优势在于，它允许您同时根据大量的输入和输出执行 I/O。同步程序常常要求助于轮询，或者创建许许多多的线程以处理大量的连接。使用异步 I/O，您可以监听任何数量的通道上的事件，不用轮询，也不用额外的线程。
异步 I/O 中的核心对象名为 Selector。Selector 就是您注册对各种 I/O 事件的兴趣的地方，而且当那些事件发生时，就是这个对象告诉您所发生的事件。
我们需要做的第一件事就是创建一个 Selector：
Selector selector = Selector.open();
然后，我们将对不同的通道对象调用 register() 方法，以便注册我们对这些对象中发生的 I/O 事件的兴趣。register() 的第一个参数总是这个 Selector。
为了接收连接，我们需要一个 ServerSocketChannel。事实上，我们要监听的每一个端口都需要有一个 ServerSocketChannel 。对于每一个端口，我们打开一个 ServerSocketChannel，如下所示：
ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
ssc.configureBlocking( false );
ServerSocket ss = ssc.socket();
InetSocketAddress address = new InetSocketAddress( ports[i] );
ss.bind( address );
第一行创建一个新的 ServerSocketChannel ，最后三行将它绑定到给定的端口。第二行将 ServerSocketChannel 设置为 非阻塞的 。
下一步是将新打开的 ServerSocketChannels 注册到 Selector上。为此我们使用 ServerSocketChannel.register() 方法，如下所示：
SelectionKey key = ssc.register( selector, SelectionKey.OP_ACCEPT );
SelectionKey 代表这个通道在此 Selector 上的这个注册。当某个 Selector 通知您某个传入事件时，它是通过提供对应于该事件的 SelectionKey 来进行的。SelectionKey 还可以用于取消通道的注册。
现在已经注册了我们对一些 I/O 事件的兴趣，下面将进入主循环。使用 Selectors 的几乎每个程序都像下面这样使用内部循环：
int num = selector.select();
Set selectedKeys = selector.selectedKeys();
Iterator it = selectedKeys.iterator();
while (it.hasNext()) {
SelectionKey key = (SelectionKey)it.next();
// ... deal with I/O event ...
}
首先，我们调用 Selector 的 select() 方法。这个方法会阻塞，直到至少有一个已注册的事件发生。当一个或者更多的事件发生时， select() 方法将返回所发生的事件的数量。
接下来，我们调用 Selector 的 selectedKeys() 方法，它返回发生了事件的 SelectionKey 对象的一个 集合 。
我们通过迭代 SelectionKeys 并依次处理每个 SelectionKey 来处理事件。对于每一个 SelectionKey，您必须确定发生的是什么 I/O 事件，以及这个事件影响哪些 I/O 对象。
因为我们知道这个服务器套接字上有一个传入连接在等待，所以可以安全地接受它；也就是说，不用担心 accept() 操作会阻塞：
ServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel)key.channel();
SocketChannel sc = ssc.accept();
下一步是将新连接的 SocketChannel 配置为非阻塞的。而且由于接受这个连接的目的是为了读取来自套接字的数据，所以我们还必须将 SocketChannel 注册到 Selector上，如下所示：
sc.configureBlocking( false );
SelectionKey newKey = sc.register( selector, SelectionKey.OP_READ );
Reference
http://www.ibm.com/developerworks/cn/education/java/j-nio/section3.html