面試知識點NIO-非阻塞I/O(轉)

原文：

NIO的使用http://hi.baidu.com/zbzb/blog/item/ba775eee89e2b2fbb3fb9515.html

使用Java NIO編寫高性能的伺服器http://www.javaeye.com/post/192013

一. 介紹NIO

NIO包（java.nio.*）引入了四個關鍵的抽象資料類型，它們共同解決傳統的I/O類中的一些問題。

1． Buffer：它是包含資料且用于讀寫的線形表結構。其中還提供了一個特殊類用于記憶體映射檔案的I/O操作。

2． Charset：它提供Unicode字元串影射到位元組序列以及逆影射的操作。

3． Channels：包含socket，file和pipe三種管道，它實際上是雙向交流的通道。

4． Selector：它将多元異步I/O操作集中到一個或多個線程中（它可以被看成是Unix中select（）函數或Win32中WaitForSingleEvent（）函數的面向對象版本）。

二. 回顧傳統

在介紹NIO之前，有必要了解傳統的I/O操作的方式。以網絡應用為例，傳統方式需要監聽一個ServerSocket，接受請求的

連接配接為其提供服務（服務通常包括了處理請求并發送響應）。

可以分析建立伺服器的每個具體步驟。

首先建立ServerSocket

ServerSocket server=new ServerSocket（10000）；

然後接受新的連接配接請求

Socket newConnection=server.accept（）；

對于accept方法的調用将造成阻塞，直到ServerSocket接受到一個連接配接請求為止。一旦連接配接請求被接受，

伺服器可以讀客戶socket中的請求。

InputStream in = newConnection.getInputStream();

InputStreamReader reader = new InputStreamReader(in);

BufferedReader buffer = new BufferedReader(reader);

Request request = new Request();

while(!request.isComplete()) {

  String line = buffer.readLine();

  request.addLine(line);

}

這樣的操作有兩個問題，首先BufferedReader類的readLine（）方法在其緩沖區未滿時會造成線程阻塞，隻有一定資料填滿了

緩沖區或者客戶關閉了套接字，方法才會傳回。其次，它回産生大量的垃圾，BufferedReader建立了緩沖區來從客戶套接字讀入資料，但是同樣建立了一些字元串存儲這些資料。雖然BufferedReader内部提供了StringBuffer處理這一問題，但是所有的String

很快變成了垃圾需要回收。同樣的問題在發送響應代碼中也存在

Response response = request.generateResponse();

OutputStream out = newConnection.getOutputStream();

InputStream in = response.getInputStream()；

int ch；

while(-1 != (ch = in.read())) {

  out.write(ch);

}

newConnection.close();

類似的，讀寫操作被阻塞而且向流中一次寫入一個字元會造成效率低下，是以應該使用緩沖區，但是一旦使用緩沖，流又會産生更多的垃圾。

傳統的解決方法通常在Java中處理阻塞I/O要用到線程（大量的線程）。一般是實作一個線程池用來處理請求。線程使得伺服器可以處理多個連接配接，但是它們也同樣引發了許多問題。每個線程擁有自己的棧空間并且占用一些CPU時間，耗費很大，而且很多時間是浪費在阻塞的I/O操作上，沒有有效的利用CPU。

三.NIO的反應器模式

NIO伺服器最核心的一點就是反應器模式：當有感興趣的事件發生的，就通知對應的事件處理器去處理這個事件，如果沒有，則不處理。是以使用一個線程做輪詢就可以了。當然這裡這是個例子，如果要獲得更高性能，可以使用少量的線程，一個負責接收請求，其他的負責處理請求，特别是對于多CPU時效率會更高。

//注冊事件

client.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT);

channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

//實作Selector監聽的永真循環，判斷事件

if (key.isConnectable()) {do your work}

if (key.isReadable()) {do your work}

關于使用NIO過程中出現的問題，最為普遍的就是為什麼沒有請求時CPU的占用率為100%？

出現這種問題的主要原因是注冊了不感興趣的事件，比如如果沒有資料要發到用戶端，而又注冊了寫事件（OP_WRITE），則在 Selector.select()上就會始終有事件出現，CPU就一直處理了，而此時select()應該是阻塞的。

另外一個值得注意的問題是：由于隻使用了一個線程（多個線程也如此）處理使用者請求，是以要避免線程被阻塞，解決方法是事件的處理者必須要即刻傳回，不能陷入循環中，否則會影響其他使用者的請求速度。