javaNIO详解

Java NIO（Non-blocking I/O）详解

Java NIO（New I/O）是 Java 1.4 引入的高性能 I/O 框架，相比传统的 BIO（Blocking I/O），它提供了非阻塞、多路复用、零拷贝等能力，适用于高并发网络通信和文件操作。下面详细解析其核心概念和实现原理。

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1. Java NIO 的核心组件

Java NIO 的核心由 Channel（通道）、Buffer（缓冲区）、Selector（选择器） 组成：

组件	作用
Channel	双向数据传输管道（类似流，但支持读写）
Buffer	数据缓冲区（存储待发送或接收的数据）
Selector	多路复用器，监听多个 Channel 的 I/O 事件（如读、写、连接）

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2. NIO 的工作流程

(1) 传统 BIO（阻塞 I/O）的问题

• 每个连接占用一个线程，线程切换开销大。
• 线程阻塞：当没有数据可读时，线程会一直等待，浪费 CPU 资源。

(2) NIO 的非阻塞模型

NIO 采用 事件驱动（Event-Driven） 的方式：

1. Channel 注册到 Selector，并指定监听的事件（如 OP_READ、OP_WRITE）。
2. Selector 轮询 所有注册的 Channel，返回就绪的事件。
3. 线程处理就绪事件（如读取数据、写入数据），避免阻塞。

关键优化：
• 单线程可管理多个连接（减少线程数）。
• 非阻塞：没有数据时，线程可以处理其他任务。

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3. NIO 的核心实现

(1) Channel（通道）

• SocketChannel：用于 TCP 网络通信（客户端/服务端）。
• ServerSocketChannel：服务端监听新连接。
• FileChannel：文件操作（支持 mmap 和 sendfile）。

示例：创建 SocketChannel

SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
socketChannel.configureBlocking(false); // 设置为非阻塞模式
socketChannel.connect(new InetSocketAddress("example.com", 80));

(2) Buffer（缓冲区）

• ByteBuffer：最常用的缓冲区（支持堆内存和直接内存）。
• CharBuffer、IntBuffer：其他数据类型的缓冲区。

Buffer 的读写流程：

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024); // 分配堆内存
// 写入数据
buffer.put("Hello".getBytes());
buffer