本篇文章給大家?guī)?lái)了關(guān)于java的相關(guān)知識(shí)，其中主要介紹了NIO的相關(guān)問(wèn)題，包括了NIO核心、BIO與NIO比較、通過(guò)NIO實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的服務(wù)端客戶端通信，希望對(duì)大家有幫助。

推薦學(xué)習(xí)：《java教程》

一、Java思維導(dǎo)圖

二、I/O模型

I/O模型的本質(zhì)是用什么樣的通道進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，很大程度上決定了程序通信的性能。
Java共支持三種網(wǎng)絡(luò)編程模型：BIO、NIO、AIO

• BIO：同步并阻塞，服務(wù)實(shí)現(xiàn)模式為一個(gè)連接一個(gè)線程，即客戶端有一個(gè)連接請(qǐng)求時(shí)，服務(wù)端就需要啟動(dòng)一個(gè)線程進(jìn)行處理。

• NIO： 同步非阻塞，服務(wù)器實(shí)現(xiàn)模式為一個(gè)線程處理多個(gè)請(qǐng)求連接，即客戶端發(fā)送的請(qǐng)求都會(huì)注冊(cè)到多路復(fù)用器上，多路復(fù)用器輪詢到連接有I/O請(qǐng)求就進(jìn)行處理。

• AIO：異步非阻塞，AIO引入異步通道的概念，采用了Proactor模式，簡(jiǎn)化了程序編寫，有效的請(qǐng)求才啟動(dòng)線程，它的特點(diǎn)是先由操作系統(tǒng)完成后才通知服務(wù)端。

三、BIO、NIO、AIO應(yīng)用場(chǎng)景

• BIO方式適用于連接數(shù)目比較小且固定的架構(gòu)，這種方式對(duì)服務(wù)器資源要求比較高， 并發(fā)局限于應(yīng)用中，JDK1.4以前的唯一選擇，但程序簡(jiǎn)單易理解。

• NIO方式適用于連接數(shù)目多且連接比較短（輕操作）的架構(gòu)，比如聊天服務(wù)器，彈幕 系統(tǒng)，服務(wù)器間通訊等。編程比較復(fù)雜，JDK1.4開(kāi)始支持。

• AIO方式使用于連接數(shù)目多且連接比較長(zhǎng)（重操作）的架構(gòu)，比如相冊(cè)服務(wù)器，充分 調(diào)用OS參與并發(fā)操作，編程比較復(fù)雜，JDK7開(kāi)始支持

四、BIO編程簡(jiǎn)單流程

• 服務(wù)器端啟動(dòng)一個(gè)ServerSocket；

• 客戶端啟動(dòng)Socket對(duì)服務(wù)器進(jìn)行通 信，默認(rèn)情況下服務(wù)器端需要對(duì)每 個(gè)客戶 建立一個(gè)線程與之通訊；

• 客戶端發(fā)出請(qǐng)求后, 先咨詢服務(wù)器 是否有線程響應(yīng)，如果沒(méi)有則會(huì)等 待，或者被拒絕；

• 如果有響應(yīng)，客戶端線程會(huì)等待請(qǐng) 求結(jié)束后，在繼續(xù)執(zhí)行；

五、NIO核心

NIO 有三大核心部分：Selector(選擇器)、Channel(通道)、Buffer(緩沖區(qū))。
NIO是面向緩沖區(qū)，或者說(shuō)面向塊編程，數(shù)據(jù)讀取到一個(gè) 它稍后處理的緩沖區(qū)，需要時(shí)可在緩沖區(qū)中前后移動(dòng)，這就 增加了處理過(guò)程中的靈活性，使用它可以提供非阻塞式的高伸縮性網(wǎng)絡(luò)。
HTTP2.0使用了多路復(fù)用的技術(shù)，做到同一個(gè)連接并發(fā)處理多個(gè)請(qǐng)求，而且并發(fā)請(qǐng)求 的數(shù)量比HTTP1.1大了好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
簡(jiǎn)而言之，NIO可以一個(gè)線程處理多個(gè)請(qǐng)求。

六、BIO與NIO比較

• BIO 以流的方式處理數(shù)據(jù),而 NIO 以塊的方式處理數(shù)據(jù),塊 I/O 的效率比流 I/O 高很多；

• BIO 是阻塞的，NIO 則是非阻塞的；

• BIO基于字節(jié)流和字符流進(jìn)行操作，而 NIO 基于 Channel(通道)和 Buffer(緩沖區(qū))進(jìn) 行操作，數(shù)據(jù)總是從通道讀取到緩沖區(qū)中，或者從緩沖區(qū)寫入到通道中。Selector(選擇器)用于監(jiān)聽(tīng)多個(gè)通道的事件（比如：連接請(qǐng)求，數(shù)據(jù)到達(dá)等），因 此使用單個(gè)線程就可以監(jiān)聽(tīng)多個(gè)客戶端通道。

七、NIO 三大核心原理示意圖

流程圖說(shuō)明：

• Selector 對(duì)應(yīng)一個(gè)線程， 一個(gè)線程對(duì)應(yīng)多個(gè)channel(連接)；

• 該圖反應(yīng)了有三個(gè)channel 注冊(cè)到 該selector //程序；

• 每個(gè)channel 都會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)Buffer；

• 程序切換到哪個(gè)channel 是有事件決定的, Event 就是一個(gè)重要的概念；

• Selector 會(huì)根據(jù)不同的事件，在各個(gè)通道上切換；

• Buffer 就是一個(gè)內(nèi)存塊 ， 底層是有一個(gè)數(shù)組；

• 數(shù)據(jù)的讀取寫入是通過(guò)Buffer, 這個(gè)和BIO , BIO 中要么是輸入流，或者是 輸出流, 不能雙向，但是NIO的Buffer 是可以讀也可以寫, 需要 flip 方法切換；

• channel 是雙向的, 可以返回底層操作系統(tǒng)的情況, 比如Linux ， 底層的操作系統(tǒng) 通道就是雙向的；

八、緩沖區(qū)（buffer）

緩沖區(qū)本質(zhì)上是一個(gè)可以讀寫數(shù)據(jù)的內(nèi)存塊，可以理解成是一個(gè) 容器對(duì)象(含數(shù)組)，該對(duì)象提供了一組方法，可以更輕松地使用內(nèi)存塊，，緩沖區(qū)對(duì) 象內(nèi)置了一些機(jī)制，能夠跟蹤和記錄緩沖區(qū)的狀態(tài)變化情況。Channel 提供從文件、 網(wǎng)絡(luò)讀取數(shù)據(jù)的渠道，但是讀取或?qū)懭氲臄?shù)據(jù)都必須經(jīng)由 Buffer。
在 NIO 中，Buffer 是一個(gè)頂層父類，它是一個(gè)抽象類。

1、常用Buffer子類一覽

• ByteBuffer，存儲(chǔ)字節(jié)數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)；

• ShortBuffer，存儲(chǔ)字符串?dāng)?shù)據(jù)到緩沖區(qū)；

• CharBuffer，存儲(chǔ)字符數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)；

• IntBuffer，存儲(chǔ)整數(shù)數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)；

• LongBuffer，存儲(chǔ)長(zhǎng)整型數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)；

• DoubleBuffer，存儲(chǔ)小數(shù)到緩沖區(qū)；

• FloatBuffer，存儲(chǔ)小數(shù)到緩沖區(qū)；

2、buffer四大屬性

• mark：標(biāo)記

• position：位置，下一個(gè)要被讀或?qū)懙脑氐乃饕?每次讀寫緩沖區(qū)數(shù)據(jù)時(shí)都會(huì)改變改值， 為下次讀寫作準(zhǔn)備。

• limit：表示緩沖區(qū)的當(dāng)前終點(diǎn)，不能對(duì)緩沖區(qū) 超過(guò)極限的位置進(jìn)行讀寫操作。且極限 是可以修改的

• capacity：容量，即可以容納的最大數(shù)據(jù)量；在緩 沖區(qū)創(chuàng)建時(shí)被設(shè)定并且不能改變。

3、buffer常用api

JDK1.4時(shí)，引入的api

• public final int capacity( )//返回此緩沖區(qū)的容量
• public final int position( )//返回此緩沖區(qū)的位置
• public final Buffer position (int newPositio)//設(shè)置此緩沖區(qū)的位置
• public final int limit( )//返回此緩沖區(qū)的限制
• public final Buffer limit (int newLimit)//設(shè)置此緩沖區(qū)的限制
• public final Buffer mark( )//在此緩沖區(qū)的位置設(shè)置標(biāo)記
• public final Buffer reset( )//將此緩沖區(qū)的位置重置為以前標(biāo)記的位置
• public final Buffer clear( )//清除此緩沖區(qū), 即將各個(gè)標(biāo)記恢復(fù)到初始狀態(tài)，但是數(shù)據(jù)并沒(méi)有真正擦除, 后面操作會(huì)覆蓋
• public final Buffer flip( )//反轉(zhuǎn)此緩沖區(qū)
• public final Buffer rewind( )//重繞此緩沖區(qū)
• public final int remaining( )//返回當(dāng)前位置與限制之間的元素?cái)?shù)
• public final boolean hasRemaining( )//告知在當(dāng)前位置和限制之間是否有元素
• public abstract boolean isReadOnly( );//告知此緩沖區(qū)是否為只讀緩沖區(qū)

JDK1.6時(shí)引入的api

• public abstract boolean hasArray();//告知此緩沖區(qū)是否具有可訪問(wèn)的底層實(shí)現(xiàn)數(shù)組
• public abstract Object array();//返回此緩沖區(qū)的底層實(shí)現(xiàn)數(shù)組
• public abstract int arrayOffset();//返回此緩沖區(qū)的底層實(shí)現(xiàn)數(shù)組中第一個(gè)緩沖區(qū)元素的偏移量
• public abstract boolean isDirect();//告知此緩沖區(qū)是否為直接緩沖區(qū)

九、通道（channel）

1、基本介紹

（1）NIO的通道類似于流

• 通道可以同時(shí)進(jìn)行讀寫，而流只能讀或者只能寫；
• 通道可以實(shí)現(xiàn)異步讀寫數(shù)據(jù)
• 通道可以從緩沖讀數(shù)據(jù)，也可以寫數(shù)據(jù)到緩沖

（2）BIO 中的 stream 是單向的，例如 FileInputStream 對(duì) 象只能進(jìn)行讀取數(shù)據(jù)的操作，而 NIO 中的通道 (Channel)是雙向的，可以讀操作，也可以寫操作。
（3）Channel在NIO中是一個(gè)接口
（4）常用的 Channel 類有：FileChannel、 DatagramChannel、ServerSocketChannel 和 SocketChannel。ServerSocketChanne 類似 ServerSocket , SocketChannel 類似 Socket。
（5）FileChannel 用于文件的數(shù)據(jù)讀寫， DatagramChannel 用于 UDP 的數(shù)據(jù)讀寫， ServerSocketChannel 和 SocketChannel 用于 TCP 的數(shù)據(jù)讀寫。

2、FileChannel

FileChannel主要用來(lái)對(duì)本地文件進(jìn)行 IO 操作，常見(jiàn)的方法有：

• read，從通道讀取數(shù)據(jù)并放到緩沖區(qū)中

• write，把緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)寫到通道中

• transferFrom，從目標(biāo)通道 中復(fù)制數(shù)據(jù)到當(dāng)前通道

• transferTo，把數(shù)據(jù)從當(dāng) 前通道復(fù)制給目標(biāo)通道

3、關(guān)于Buffer 和 Channel的注意事項(xiàng)和細(xì)節(jié)

• ByteBuffer 支持類型化的put 和 get, put 放入的是什么數(shù)據(jù)類型，get就應(yīng)該使用 相應(yīng)的數(shù)據(jù)類型來(lái)取出，否則可能有 BufferUnderflowException 異常。

• 可以將一個(gè)普通Buffer 轉(zhuǎn)成只讀Buffer。

• NIO 還提供了 MappedByteBuffer， 可以讓文件直接在內(nèi)存（堆外的內(nèi)存）中進(jìn) 行修改， 而如何同步到文件由NIO 來(lái)完成。

• NIO 還支持 通過(guò)多個(gè) Buffer (即 Buffer 數(shù)組) 完成讀寫操作，即 Scattering 和 Gathering。

十、Selector(選擇器)

1、基本介紹

• Java 的 NIO，用非阻塞的 IO 方式?？梢杂靡粋€(gè)線程，處理多個(gè)的客戶端連 接，就會(huì)使用到Selector(選擇器)。

• Selector 能夠檢測(cè)多個(gè)注冊(cè)的通道上是否有事件發(fā)生，如果有事件發(fā)生，便獲取事件然 后針對(duì)每個(gè)事件進(jìn)行相應(yīng)的處理。這樣就可以只用一個(gè)單線程去管理多個(gè) 通道，也就是管理多個(gè)連接和請(qǐng)求。

• 只有在 連接/通道 真正有讀寫事件發(fā)生時(shí)，才會(huì)進(jìn)行讀寫，就大大地減少 了系統(tǒng)開(kāi)銷，并且不必為每個(gè)連接都創(chuàng)建一個(gè)線程，不用去維護(hù)多個(gè)線程。

• 避免了多線程之間的上下文切換導(dǎo)致的開(kāi)銷。

2、selector的相關(guān)方法

• open();//得到一個(gè)選擇器對(duì)象

• select(long timeout);//監(jiān)控所有注冊(cè)的通道，當(dāng)其 中有 IO 操作可以進(jìn)行時(shí)，將 對(duì)應(yīng)的 SelectionKey 加入到內(nèi)部集合中并返回，參數(shù)用來(lái) 設(shè)置超時(shí)時(shí)間

• selectedKeys();//從內(nèi)部集合中得 到所有的 SelectionKey。

3、注意事項(xiàng)

NIO中的 ServerSocketChannel功能類似ServerSocket，SocketChannel功能類 似Socket。

十一、通過(guò)NIO實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的服務(wù)端客戶端通信

1、服務(wù)端

package com.nezha.guor.nio;import java.io.IOException;import java.net.InetSocketAddress;import java.nio.ByteBuffer;import java.nio.channels.*;import java.util.Iterator;public class NioServer {     private Selector selector;     private ServerSocketChannel serverSocketChannel;     private static final int PORT = 8080;      public NioServer() {         try {             //獲得選擇器             selector = Selector.open();             serverSocketChannel =  ServerSocketChannel.open();             //綁定端口             serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(PORT));             //設(shè)置非阻塞模式             serverSocketChannel.configureBlocking(false);             //將該ServerSocketChannel 注冊(cè)到selector             serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);         }catch (IOException e) {             System.out.println("NioServer error:"+e.getMessage());         }     }      public void listen() {          System.out.println("監(jiān)聽(tīng)線程啟動(dòng): " + Thread.currentThread().getName());         try {             while (true) {                 int count = selector.select();                 if(count > 0) {                     //遍歷得到selectionKey集合                     Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator();                     while (iterator.hasNext()) {                         SelectionKey key = iterator.next();                          if(key.isAcceptable()) {                             SocketChannel sc = serverSocketChannel.accept();                             sc.configureBlocking(false);                             sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);                             System.out.println(sc.getRemoteAddress() + " 上線 ");                         }                         //通道發(fā)送read事件，即通道是可讀的狀態(tài)                         if(key.isReadable()) {                             getDataFromChannel(key);                         }                         //當(dāng)前的key 刪除，防止重復(fù)處理                         iterator.remove();                     }                 } else {                     System.out.println("等待中");                 }             }         }catch (Exception e) {             System.out.println("listen error:"+e.getMessage());         }     }      private void getDataFromChannel(SelectionKey key) {         SocketChannel channel = null;         try {             channel = (SocketChannel) key.channel();             ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);              int count = channel.read(buffer);             //根據(jù)count的值做處理             if(count > 0) {                 String msg = new String(buffer.array());                 System.out.println("來(lái)自客戶端: " + msg);                  //向其它的客戶端轉(zhuǎn)發(fā)消息(排除自己)                 sendInfoToOtherClients(msg, channel);             }         }catch (IOException e) {             try {                 System.out.println(channel.getRemoteAddress() + " 離線了");                 //取消注冊(cè)                 key.cancel();             }catch (IOException ex) {                 System.out.println("getDataFromChannel error:"+ex.getMessage());             }         }finally {             try {                 channel.close();             }catch (IOException ex) {                 System.out.println("channel.close() error:"+ex.getMessage());             }         }     }      //轉(zhuǎn)發(fā)消息給其它客戶(通道)     private void sendInfoToOtherClients(String msg, SocketChannel self ) throws  IOException{         System.out.println("服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)消息中...");         System.out.println("服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)給客戶端線程: " + Thread.currentThread().getName());         //遍歷 所有注冊(cè)到selector 上的 SocketChannel,并排除 self         for(SelectionKey key: selector.keys()) {             Channel targetChannel = key.channel();              //排除自己             if(targetChannel instanceof  SocketChannel && targetChannel != self) {                 SocketChannel dest = (SocketChannel)targetChannel;                 //將信息存儲(chǔ)到buffer                 ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(msg.getBytes());                 //將buffer數(shù)據(jù)寫入通道                 dest.write(buffer);             }         }     }      public static void main(String[] args) {         //創(chuàng)建服務(wù)器對(duì)象         NioServer nioServer = new NioServer();         nioServer.listen();     }}

2、客戶端

package com.nezha.guor.nio;import java.io.IOException;import java.net.InetSocketAddress;import java.nio.ByteBuffer;import java.nio.channels.SelectionKey;import java.nio.channels.Selector;import java.nio.channels.SocketChannel;import java.util.Iterator;import java.util.Scanner;public class NioClient {     private final int PORT = 8080; //服務(wù)器端口     private Selector selector;     private SocketChannel socketChannel;     private String username;      public NioClient() throws IOException {         selector = Selector.open();         socketChannel = socketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1", PORT));         //設(shè)置非阻塞         socketChannel.configureBlocking(false);         //將channel注冊(cè)到selector         socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);         username = socketChannel.getLocalAddress().toString().substring(1);         System.out.println(username + " is ok...");     }      //向服務(wù)器發(fā)送消息     public void sendInfo(String info) {         info = username + " 說(shuō)：" + info;         try {             socketChannel.write(ByteBuffer.wrap(info.getBytes()));         }catch (IOException e) {             System.out.println("sendInfo error:"+e.getMessage());         }     }      //讀取從服務(wù)器端回復(fù)的消息     public void readInfo() {         try {             int readChannels = selector.select();             if(readChannels > 0) {                 Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator();                 while (iterator.hasNext()) {                     SelectionKey key = iterator.next();                     if(key.isReadable()) {                         //得到相關(guān)的通道                         SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel();                         //得到一個(gè)Buffer                         ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);                         //讀取                         sc.read(buffer);                         //把讀到的緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成字符串                         String msg = new String(buffer.array());                         System.out.println(msg.trim());                     }                 }                 iterator.remove(); //刪除當(dāng)前的selectionKey, 防止重復(fù)操作             } else {                 System.out.println("沒(méi)有可以用的通道...");             }         }catch (Exception e) {             System.out.println("readInfo error:"+e.getMessage());         }     }      public static void main(String[] args) throws Exception {         NioClient nioClient = new NioClient();         new Thread() {             public void run() {                 while (true) {                     nioClient.readInfo();                     try {                         Thread.currentThread().sleep(2000);                     }catch (InterruptedException e) {                         System.out.println("sleep error:"+e.getMessage());                     }                 }             }         }.start();          //發(fā)送數(shù)據(jù)給服務(wù)器端         Scanner scanner = new Scanner(System.in);          while (scanner.hasNextLine()) {             nioClient.sendInfo(scanner.nextLine());         }     }}

3、控制臺(tái)輸出

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