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Java NIO 概述

Java NIO（New I/O）是从 Java 1.4 开始引入的一套新的 I/O API。主要用于 构建高性能、高并发的网络通信程序。

特点

面向缓冲区（Buffer）而不是面向流（Stream）
支持非阻塞模式（Non-blocking）
使用选择器（Selector）实现多路复用
更适合高并发服务器端开发

Java BIO vs NIO

特性	BIO（传统 I/O）	NIO（新 I/O）
处理方式	同步阻塞	同步非阻塞
数据处理	面向流	面向缓冲区
多路复用	不支持	支持
并发模型	一个线程处理一个连接	一个线程处理多个连接
适用场景	连接数较少，简单	高并发、高性能服务器

NIO 三大核心组件

1. Channel（通道）

双向的数据传输通道。可以读、写或者同时读写。

常见 Channel 类型：

FileChannel：用于文件数据的读写
SocketChannel：用于 TCP 网络通信
ServerSocketChannel：用于 TCP 服务端连接监听
DatagramChannel：用于 UDP 数据通信

2. Buffer（缓冲区）

用于存储读取/写入的数据，是 NIO 数据处理的核心。

常见缓冲区类型：

ByteBuffer
CharBuffer
IntBuffer
FloatBuffer
LongBuffer 等

3. Selector（选择器）

用于监听多个 Channel 的事件（如连接、读取、写入），实现 单线程处理多个连接 的能力。

Channel 详解

Channel 是数据的载体，可以与 Buffer 进行读写操作。

// 创建一个 ServerSocketChannel
ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();
serverChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));
serverChannel.configureBlocking(false); // 设置非阻塞

Channel 支持以下操作：

read(Buffer buffer)
write(Buffer buffer)
register(Selector selector, int ops) 注册监听事件

Buffer 详解

主要属性：

position：当前操作位置
limit：限制（最多能操作到哪里）
capacity：容量（最大能装多少数据）

常用方法：

put() / get()：写入/读取
flip()：读写模式切换
clear()：清空缓冲区
rewind()：重置 position 为 0

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
buffer.put("hello".getBytes());
buffer.flip();
byte[] data = new byte[buffer.remaining()];
buffer.get(data);

Selector 详解

Selector 是 Java NIO 提供的 事件轮询器，用于监听多个 Channel 的事件。

Selector selector = Selector.open();
ServerSocketChannel channel = ServerSocketChannel.open();
channel.configureBlocking(false);
channel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

事件类型：

事件	描述
`OP_ACCEPT`	接收连接请求
`OP_CONNECT`	完成连接
`OP_READ`	可读取数据
`OP_WRITE`	可写入数据

Selector 处理流程：

调用 selector.select() 阻塞等待事件
获取 selectedKeys()
遍历处理每个事件（如接收连接、读取数据等）

NIO 工作流程图

      +-------------+              +------------------+
      | Client      |              | Server           |
      +-------------+              +------------------+
             |                              |
             |        TCP Connect           |
             |----------------------------->|
             |                              |
             |                              |
             |<-----------------------------|
             |   Register Channel to Selector
             |                              |
             |---> OP_READ / OP_WRITE ----->|
             |                              |
             |<--- selector.select() -------|
             |                              |
             |<-------- Read/Write -------->|

示例代码讲解

服务端代码

ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();
serverChannel.configureBlocking(false);
serverChannel.bind(new InetSocketAddress(9999));

Selector selector = Selector.open();
serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

while (true) {
    selector.select();
    Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();
    Iterator<SelectionKey> iter = keys.iterator();

    while (iter.hasNext()) {
        SelectionKey key = iter.next();
        iter.remove();

        if (key.isAcceptable()) {
            SocketChannel client = serverChannel.accept();
            client.configureBlocking(false);
            client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
        }

        if (key.isReadable()) {
            SocketChannel client = (SocketChannel) key.channel();
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
            int read = client.read(buffer);
            if (read > 0) {
                buffer.flip();
                System.out.println("Received: " + new String(buffer.array(), 0, read));
            }
        }
    }
}

NIO 模型的优缺点

优点

更适合构建高并发服务器
非阻塞方式提升资源利用率
支持多路复用减少线程数量

缺点

编程复杂度较高
不是真正的异步（NIO 是同步非阻塞）
调试和维护成本高于 BIO

NIO 与 Netty 简介

Netty 是基于 Java NIO 封装的高性能网络通信框架。

Netty 优点：

封装了复杂的 NIO 使用细节
提供异步、事件驱动模型
内建线程池、内存管理机制
广泛应用于高性能服务器（如 Dubbo、Elasticsearch）

总结

Java NIO 是面向缓冲区的非阻塞 I/O 模型。
三大核心组件：Channel、Buffer、Selector。
NIO 更适合高并发场景，但开发复杂度较高。
实际开发中建议使用 Netty 等高层封装框架。

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