最通俗易懂的NIO讲解

一、NIO是什么？

NIO的全称是New I/O，与之相对应的是Java中传统的I/O，这里都指的是Java的API包。
传统的IO包提供的是同步阻塞IO，即当用户线程发出IO请求后，内核会去查看数据是否已经就绪，若未就绪，则用户线程会处于阻塞状态（让出CPU），当数据就绪后，内核会将数据复制到用户线程，并把结果返回给用户线程，同时接触用户线程的阻塞，同步体现在用户线程需要等待数据就绪后才能向后执行（后面的执行依赖于前面的结果）。服务器实现模式为一个连接一个线程，即客户端有连接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理，如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销，线程数量也会受到。
而NIO包提供的IO是同步非阻塞IO，非阻塞体现在用户线程发起IO请求后，会直接得到返回结果，即便在数据未就绪的情况下，也能马上得到失败信息。而同步体现在用户线程需要主动去轮询直到发现数据就绪，再主动将数据从内核拷贝到用户线程。服务器实现模式为多个连接一个线程（IO多路复用），即客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器上，多路复用器轮询到连接有I/O请求时才启动一个线程进行处理。

	传统IO模型	NIO
客户端个数IO线程	1:1	M：1（1个IO线程处理多个客户端连接）
IO类型（阻塞）	阻塞IO	非阻塞IO
IO类型（同步）	同步IO	同步IO（IO多路复用）
API使用难度	简单	非常复杂
调式难度	简单	复杂
可靠性	非常差	高
吞吐量	低	高

二、NIO包API的用法。

（1）Channel：Java NIO中的所有I/O操作都基于Channel对象，一个Channel（通道）代表和某一实体的连接，这个实体可以是文件、网络套接字等。也就是说，通道是Java NIO提供的一座桥梁，用于我们的程序和操作系统底层I/O服务进行交互。
FileChannel：文件通道，从输入流输出流中获取实例，常见的使用场景就是从一个文件拷贝其内容到另一个文件。FileInputStream fis = new FileInputStream("E://zfb.txt");
FileChannel ifc = fis.getChannel();
FileOutputStream os = new FileOutputStream("E://zfb2.txt");
FileChannel ofc = os.getChannel();
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
while (ifc.read(buffer) != -1){
System.out.println(1);
buffer.flip();
ofc.write(buffer);
buffer.clear();
}SocketChannel/ServerSocketChannel：套接字通道，通过静态方法获取实例，使用场景在最后会给出demo。SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();（2）Buffer：NIO中所使用的缓冲区不是一个简单的byte数组，而是封装过的Buffer类，通过它提供的API，我们可以灵活的操纵数据。与Java基本类型相对应，NIO提供了多种 Buffer 类型，如ByteBuffer、CharBuffer、IntBuffer等，区别就是读写缓冲区时的单位长度不一样（以对应类型的变量为单位进行读写）。Buffer中有3个很重要的变量，它们是理解Buffer工作机制的关键，分别是capacity （总容量）、position （指针当前位置）、limit （读/写边界位置）。
接下来看三个方法flip、rewind、clearpublic final Buffer flip() {//用于写模式到读模式的转换
limit = position;//设置上届为当前位置
position = 0;//当前位置设置为0
mark = -1;//重置写标记
return this;
}

public final Buffer rewind() {//设置当前位置为0
position = 0;
mark = -1;
return this;
}

public final Buffer clear() {//通过指针移动的方式清空缓冲区
position = 0;//设置当前位置为0
limit = capacity;//上限为容量
mark = -1;
return this;
}

（3）Selector：Selector（选择器）是一个特殊的组件，用于采集各个通道的状态（或者说事件）。我们先将通道注册到选择器，并设置关心的事件，然后就可以通过调用select()方法，监听关注事件的发生。通道有4个事件可供我们监听：Accept、Connect、Read、Write。
selector.select()方法是阻塞的方法！！！若注册的通道没有事件到达，则不会向下执行。但是NIO的IO机制是非阻塞的！！！

三、NIO的编程模型——基于Reactor模式的事件驱动。

NIO是同步非阻塞的，但是提供了基于Selector的异步网络IO。这句话的意思是NIO的IO机制是同步非阻塞的，而基于Selector这个组件的编程模型（Reactor）是事件驱动的，是异步的。
下面来看一下一般采用NIO的编程模型：



demo服务端代码：public class NIOServer {

private final static int BUFFER_SIZE = 1024;

private final static int PORT = 52621;

private ServerSocketChannel serverSocketChannel;

private ByteBuffer byteBuffer;

private Selector selector;

public NIOServer(){
try {
init();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}

public void init() throws IOException {//初始化
serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
serverSocketChannel.configureBlocking(false);
serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(PORT));
selector = Selector.open();
serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(BUFFER_SIZE);

}

private void listen() throws IOException {
while (true){
if (selector.select() == 0){
continue;
}
Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator();
while (iterator.hasNext()){
SelectionKey key = iterator.next();
if (key.isAcceptable()){
ServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel) key.channel();
SocketChannel socketChannel = ssc.accept();
socketChannel.configureBlocking(false);
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
replyClient(socketChannel);
}
if (key.isReadable()){
readDataFromClient(key);
}
iterator.remove();
}
}
}

private void readDataFromClient(SelectionKey key) throws IOException {
SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();
byteBuffer.clear();
int n;
while ((n = socketChannel.read(byteBuffer)) > 0){
byteBuffer.flip();
while (byteBuffer.hasRemaining()){
socketChannel.write(byteBuffer);
}
byteBuffer.clear();
}
if (n < 0){
socketChannel.close();
}
}

private void replyClient(SocketChannel channel) throws IOException {
byteBuffer.clear();
byteBuffer.put("Hello,I am server!".getBytes());
byteBuffer.flip();
channel.write(byteBuffer);
}

public static void main(String[] args) {
try {
new NIOServer().listen();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
客户端代码：public class NIOClient {

private final static int BUFFER_SIZE = 1024;

private final static int PORT = 52621;

private SocketChannel socketChannel;

private ByteBuffer byteBuffer;

public void connect() throws IOException {
socketChannel = SocketChannel.open();
socketChannel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", PORT));
byteBuffer = ByteBuffer.allocate(BUFFER_SIZE);
receive();
}

private void receive() throws IOException {
while (true){
int n;
byteBuffer.clear();
while ((n = socketChannel.read(byteBuffer)) > 0){
byteBuffer.flip();
System.out.println("从服务器收到消息： " + new String(byteBuffer.array()));
//socketChannel.write(byteBuffer);//发消息
byteBuffer.clear();
}
}
}

public static void main(String[] args) {
try {
new NIOClient().connect();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}