Java的NIO

Java的NIO教程

NIO 官方名称叫做 New IO，在 JDK 1.4 中相对于 BIO 的新 IO。但是也有很多人称之为 NON-BLOCKING IO。和 BIO 比较的话，叫做非阻塞 IO。底层使用的是 IO 复用模型（同步非阻塞）。它是面向缓冲区的。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。这就增加了处理过程中的灵活性。

NIO的描述

NIO 是在 JDK 1.4 的时候引入进来的，它弥补了原先 BIO 的不足，想更好的了解 NIO，我们要先了解缓冲区（Buffer）、通道（Channel）和多路复用器（Selector）的概念。

缓冲区Buffer

Buffer 是一个对象，所有的数据都是使用缓冲区处理的。读取数据的时候，会先到缓冲区里面读取数据，写数据的时候，会将数据写入缓冲区。任何时候通过 NIO 操作数据时，都是操作缓冲区里面的数据。

缓冲区的实际面目就是一个数组，但是它呢又不是一个简单的数组，Buffer 类和它的子类提供了对数组进行封装的方法，更好风方便的操作这些数据。它有以下缓冲区：

ByteBuffer：字节缓冲区
CharBuffer：字符缓冲区
ShortBuffer：短整型缓冲区
IntBuffer：整形缓冲区
LongBuffer：长整型缓冲区
FloatBuffer：浮点型缓冲区
DoubleBuffer：双精度浮点型缓冲区

我们可以看到，Java 的基本类型 中，除了 boolean 类型没有缓冲区，其他的基本类型都有与之对应的缓冲区。它们的关系如下：

07 NIO Buffer.png

通道Channel

和 Buffer 一样，Channel 也是一个对象，可以通过 Channel 读取和写入数据。通道与流的不同之处在于就好比我们日常生活中的公路，流就是单行道，它只能往一个方向行走，一个流的话必须是 InputStream 或者 OutPutStream 的子类。而 Channel 就像是双行道，它可以用于读或者写，或者读和写同时进行，不会相互影响。

在 NIO 中，所有的 IO 操作都是从 Channel 开始的，它和 Buffer 的关系如下：

08 Channel.png

在通道 Channel 中，我们平时用到比较多的 Channel 实现有：

FileChannel：文件 IO
DatagramChannel：网络 IO
SocketChannel：网络 IO
ServerSocketChannel：网络IO

多路复用器Selector

多路复用器 Selector 提供了选择已经就绪的任务的能力。之前我们讲的 Channel 它们会注册到 Selector 上面。然后 Selector 会不停的轮询注册在它上面的 Channel，如果某个 Channel 上面发生读或者写事件，这个 Channel 就处于了就绪状态，会被 Selector 轮询出来，然后通过 SelectionKey（一个特定的通道对象和一个特定的选择器对象之间的注册关系）可以获取到就绪的 Channel 集合，进行后续的 IO 操作。

一个多路复用器 Selector 可以同时轮询多个 Channel，它可以使用更少的线程来处理通道信息。原理图如下：

09 selector.png

关系

我们对 NIO 核心的三个元素有了一个大体的了解，知道了每个元素的实际作用，它们之间的大体关系如下：

10 nio 整体.png

上面的流程大致如下：

Channel 调用 register 方法，注册到 Selector 上面，会被分配 SelectionKey。它将 Channel 和 Selector 之间建立了关系。
Selector 上面会有一个死循环，监听其上面注册到 channel 是否有读或者写事件。Selector 会根据 SelectedKey 获取里面相应的 Channel，并且处理里面的数据。
处理完成后，将 SelectedKey 删除，监听等待下次事件的到来。

NIO总结

本章节，我们了解了 NIO 的三个重要的元素，Buffer、Channel 和 Selector。它们相辅相成，为 NIO 高效通信提供了基础保障。NIO 是面向缓冲的，所有的数据操作都会在 Buffer 中，它是通过通道 Channel 将数据流通，通过 Selector 选择器来监听 Channel 里面的事件变化来读取数据进行操作。