推薦：​​Java網絡程式設計彙總​​

Java網絡程式設計-NIO原理

​​Java NIO原理與簡單實作​​

正文

NIO 簡介

NIO有兩種解釋：一種叫非阻塞IO（Non-blocking I/O），另一種叫新的IO（New I/O），其實是同一個概念。它是一種同步非阻塞的I/O模型，也是I/O多路複用的基礎，已經被越來越多地應用到大型應用伺服器，成為解決高并發與大量連接配接、I/O處理問題的有效方式。

NIO是一種基于​

​通道​

​​和​

​緩沖區​

​​的I/O方式，它可以使用Native函數庫直接配置設定堆外記憶體（差別于JVM的運作時資料區），然後通過一個存儲在Java堆裡面的​

​DirectByteBuffer​

​對象作為這塊記憶體的直接引用進行操作。這樣能在一些場景顯著提高性能，因為避免了在Java堆和Native堆中來回複制資料。

NIO元件

NIO主要有三大核心部分：​

​Channel（通道）​

​​，​

​Buffer（緩沖區）​

​​, ​

​Selector（選擇器）​

​​。傳統IO是基于​

​位元組流​

​​和​

​字元流​

​​進行操作（基于流​

​Stream​

​​），而NIO基于​

​Channel​

​​和​

​Buffer​

​​進行操作，資料總是從通道讀取到緩沖區中，或者從緩沖區寫入到通道中。​

​Selector​

​用于監聽多個通道的事件（比如：連接配接打開，資料到達）。是以，單個線程就可以監聽多個資料通道。

1. ​

   ​Buffer​

   ​​（緩沖區）是一個用于存儲特定基本類型資料的容器。除了boolean外，其餘每種基本類型都有一個對應的​

   ​Buffer​

   ​類。​

   ​Buffer​

   ​類的子類有​

   ​ByteBuffer​

   ​, ​

   ​CharBuffer​

   ​, ​

   ​DoubleBuffer​

   ​, ​

   ​FloatBuffer​

   ​, ​

   ​IntBuffer​

   ​, ​

   ​LongBuffer​

   ​, ​

   ​ShortBuffer​

   ​ 。
2. ​

   ​Channel​

   ​​（通道）表示到實體，如硬體裝置、檔案、網絡套接字或可以執行一個或多個不同 I/O 操作（如讀取或寫入）的程式元件的開放的連接配接。​

   ​Channel​

   ​接口的常用實作類有​

   ​FileChannel​

   ​（對應檔案IO）、​

   ​DatagramChannel​

   ​（對應UDP）、​

   ​SocketChannel​

   ​和​

   ​ServerSocketChannel​

   ​（對應TCP的用戶端和伺服器端）。​

   ​Channel​

   ​和IO中的​

   ​Stream​

   ​(流)是差不多一個等級的。隻不過​

   ​Stream​

   ​是單向的，譬如：​

   ​InputStream​

   ​, ​

   ​OutputStream​

   ​。而​

   ​Channel​

   ​是雙向的，既可以用來進行讀操作，又可以用來進行寫操作。
3. ​

   ​Selector​

   ​（選擇器）用于監聽多個通道的事件（比如：連接配接打開，資料到達）。是以，單個的線程可以監聽多個資料通道。即用選擇器，借助單一線程，就可對數量龐大的活動I/O通道實施監控和維護。

基于​

​阻塞式I/O​

​​的多線程模型中（​

​BIO模型​

​），Server為每個Client連接配接建立一個處理線程，每個處理線程阻塞式等待可能達到的資料，一旦資料到達，則立即處理請求、傳回處理結果并再次進入等待狀态。由于每個Client連接配接有一個單獨的處理線程為其服務，是以可保證良好的響應時間。但當系統負載增大（并發請求增多）時，Server端需要的線程數會增加，對于作業系統來說，線程之間上下文切換的開銷很大，而且每個線程都要占用系統的一些資源（如記憶體）。是以，使用的線程數量盡量不用太多。

但是，現代的作業系統和CPU在多任務方面表現的越來越好，是以多線程的開銷随着時間的推移，變得越來越小了。實際上，如果一個CPU有多個核心，不使用多任務可能是在浪費CPU能力。

BIO模型的處理方式，一個線程處理一個網絡連接配接，如下圖所示：

NIO模型的處理方式，一個線程可以管理多個網絡連接配接，如下圖所示：