Java NIO的的介绍及工作原理是什么

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针对传统I/O 工作模式的不足，NIO 工具包提出了基于Buffer（缓冲区）、Channel（通道）、Selector（选择器）的新模式；Selector（选择器）、可选择的Channel（通道）和SelectionKey（选择键）配合起来使用，可以实现并发的非阻塞型I/O 能力。

NIO 工具包的成员

Buffer（缓冲器）

Buffer 类是一个抽象类，它有7 个子类分别对应于七种基本的数据类型：ByteBuffer、CharBuffer、DoubleBuffer、FloatBuffer、IntBuffer、LongBuffer 和ShortBuffer。每一个Buffer对象相当于一个数据容器，可以把它看作内存中的一个大的数组，用来存储和提取所有基本类型(boolean 型除外)的数据。Buffer 类的核心是一块内存区，可以直接对其执行与内存有关的操作，利用操作系统特性和能力提高和改善Java 传统I/O 的性能。

Channel（通道）

Channel 被认为是NIO 工具包的一大创新点，是(Buffer)缓冲器和I/O 服务之间的通道，具有双向性，既可以读入也可以写出，可以更高效的传递数据。我们这里主要讨论ServerSocketChannel 和SocketChannel，它们都继承了SelectableChannel，是可选择的通道，分别可以工作在同步和异步两种方式下（这里的可选择不是指可以选择两种工作方式，而是指可以有选择的注册自己感兴趣的事件）。当通道工作在同步方式时，它的功能和编程方法与传统的ServerSocket、Socket 对象相似；当通道工作在异步工作方式时，进行输入输出处理不必等到输入输出完毕才返回，并且可以将其感兴趣的（如：接受操作、连接操作、读出操作、写入操作）事件注册到Selector 对象上，与Selector 对象协同工作可以更有效率的支持和管理并发的网络套接字连接。

Selector（选择器）和SelectionKey（选择键）

各类 Buffer 是数据的容器对象；各类Channel 实现在各类Buffer 与各类I/O 服务间传输数据。Selector 是实现并发型非阻塞I/O 的核心，各种可选择的通道将其感兴趣的事件注册到Selector 对象上，Selector 在一个循环中不断轮循监视这各些注册在其上的Socket 通道。SelectionKey 类则封装了SelectableChannel 对象在Selector 中的注册信息。当Selector 监测到在某个注册的SelectableChannel 上发生了感兴趣的事件时,自动激活产生一个SelectionKey对象,在这个对象中记录了哪一个SelectableChannel 上发生了哪种事件，通过对被激活的SelectionKey 的分析,外界可以知道每个SelectableChannel 发生的具体事件类型,进行相应的处理。

NIO 工作原理

通过上面的讨论，我们可以看出在并发型服务器程序中使用NIO，实际上是通过网络事件驱动模型实现的。我们应用Select 机制，不用为每一个客户端连接新启线程处理，而是将其注册到特定的Selector 对象上，这就可以在单线程中利用Selector 对象管理大量并发的网络连接，更好的利用了系统资源；采用非阻塞I/O 的通信方式，不要求阻塞等待I/O 操作完成即可返回，从而减少了管理I/O 连接导致的系统开销，大幅度提高了系统性能。

当有读或写等任何注册的事件发生时，可以从Selector 中获得相应的SelectionKey ， 从SelectionKey 中可以找到发生的事件和该事件所发生的具体的SelectableChannel，以获得客户端发送过来的数据。由于在非阻塞网络I/O 中采用了事件触发机制，处理程序可以得到系统的主动通知，从而可以实现底层网络I/O 无阻塞、流畅地读写，而不像在原来的阻塞模式下处理程序需要不断循环等待。使用NIO，可以编写出性能更好、更易扩展的并发型服务器程序。

并发型服务器程序的实现代码

应用 NIO 工具包，基于非阻塞网络I/O 设计的并发型服务器程序与以往基于阻塞I/O 的实现程序有很大不同，在使用非阻塞网络I/O 的情况下，程序读取数据和写入数据的时机不是由程序员控制的，而是Selector 决定的。下面便给出基于非阻塞网络I/O 的并发型服务器程序的核心代码片段：

import java.io.*； //引入Java.io包 import java.net.*； //引入Java.net包 import java.nio.channels.*； //引入Java.nio.channels包 import java.util.*； //引入Java.util包 public class TestServer implements Runnable {  private ServerSocketChannel server；  private Selector selector；  private int activeSockets；  private int port ；  public TestServer()throws IOException { activeSockets=0； port=9999；//初始化服务器Channel绑定的端口号为9999 selector= Selector.open()；//初始化Selector对象 server=ServerSocketChannel.open()；//初始化服务器Channel对象 ServerSocket socket=server.socket()；//获取服务器Channel对应的//ServerSocket对象 socket.bind(new InetSocketAddress(port))；//把Socket绑定到监听端口9999上 server.configureBlocking(false)；//将服务器Channel设置为非阻塞模式 server.register(selector,SelectionKey.OP_ACCEPT)；//将服务器Channel注册到 Selector对象，并指出服务器Channel所感兴趣的事件为可接受请求操作 } public void run() { while(true) { try {  selector.select()； } catch(IOException e) { continue；//当有异常发生时，继续进行循环操作 }  Set<SelectionKey> keys=selector.selectedKeys()； activeSockets=keys.size()；//获取活动连接的数目 if(activeSockets==0) { continue；//如果连接数为0，则继续进行循环操作 }  for(SelectionKey key :keys) {  if(key.isAcceptable()) { doServerSocketEvent(key)； continue； }  if(key.isReadable()) { doClientReadEvent(key)； continue； }  if(key.isWritable()) { doClinetWriteEvent(key)； continue； } } } }  private void doServerSocketEvent(SelectionKey key) { SocketChannel client=null； try { ServerSocketChannel server=(ServerSocketChannel)key.channel()； client=server.accept()； if(client==null) { return； } client.configureBlocking(false)；//将客户端Channel设置为非阻塞型  client.register(selector,SelectionKey.OP_READ|SelectionKey.OP_READ)； }catch(IOException e) { try { client.close()； }catch(IOException e1){} } }  private void doClinetWriteEvent(SelectionKey key) { 代码实现略； }  private void doClientReadEvent(SelectionKey key) { 代码实现略； } }

从上面对代码可以看出，使用非阻塞性I/O进行并发型服务器程序设计分三个部分：1.向Selector对象注册感兴趣的事件；2.从Selector中获取所感兴趣的事件；3.根据不同的事件进行相应的处理。

结  语

通过使用NIO 工具包进行并发型服务器程序设计，一个或者很少几个Socket 线程就可以处理成千上万个活动的Socket 连接，大大降低了服务器端程序的开销；同时网络I/O 采取非阻塞模式，线程不再在读或写时阻塞，操作系统可以更流畅的读写数据并可以更有效地向CPU 传递数据进行处理，以便更有效地提高系统的性能。

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