Kafka服务端NIO操作原理解析（一）

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前言

相信对于nio，写java的同志背起八股文一定是一套又一套的；
但是实际自己业务代码进行使用应该很少，当然常见的是netty、Redis、Kafka。
今天咱们就Kafka3.7的源码，解读下Kafka的server端是怎么进行nio来进行non-blocking IO 操作的

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1、nio是什么？

下面是我问豆包，它给我的回答：
NIO（Non-blocking I/O，非阻塞 I/O）是 Java 中用于高效处理 I/O 操作的 API，从 JDK 1.4 开始引入，主要用于解决传统 IO（BIO，Blocking I/O）在高并发场景下的性能瓶颈。

NIO 的核心特点包括：
非阻塞模式：传统 BIO 中，I/O 操作（如读取数据）会阻塞线程直到操作完成，而 NIO 允许线程在等待 I/O 操作时执行其他任务，大幅提高了线程利用率。
缓冲区（Buffer）：NIO 以缓冲区为数据处理的中心，所有数据读写都必须通过缓冲区进行。缓冲区是一个固定大小的内存块，可更高效地管理数据。
通道（Channel）：通道是数据传输的双向通道，不同于传统 IO 的单向流（InputStream/OutputStream），可以同时进行读写操作，支持文件、网络套接字等多种数据源。
选择器（Selector）：这是 NIO 的关键组件，一个选择器可以监听多个通道的事件（如连接就绪、数据可读等），使单一线程能高效管理多个通道，非常适合高并发场景。
NIO 的典型应用场景包括：

• 高并发网络服务器（如 Web 服务器、即时通讯系统）
• 需要高效处理大量 I/O 操作的应用
• 对性能要求较高的分布式系统

与传统 BIO 相比，NIO 的编程模型更为复杂，但在处理大量并发连接时能显著提升系统吞吐量和响应性能，是 Java 高性能 I/O 编程的重要基础。Java NIO 后来发展为 NIO.2（在 JDK 7 中引入），增加了更多特性如异步 I/O 支持。

2、原生的nio，服务端代码如何实现

以下代码demo都是通过豆包实现的

2.1 一个Selector的demo

public class NioServer {
   
   
    // 缓冲区大小
    private static final int BUFFER_SIZE = 1024;
    // 端口号
    private static final int PORT = 8888;

    public static void main(String[] args) {
   
   
        try {
   
   
            // 创建Selector
            Selector selector = Selector.open();
            
            // 创建ServerSocketChannel
            ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
            // 绑定端口
            serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(PORT));
            // 设置为非阻塞模式
            serverSocketChannel.configureBlocking(false);
            // 注册到Selector，关注连接事件
            serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
            
            System.out.println("NIO服务器已启动，监听端口: " + PORT);
            
            while (true) {
   
   
                // 阻塞等待就绪的事件，返回就绪的通道数量
                int readyChannels = selector.select();
                
                // 如果没有就绪的通道，继续等待
                if (readyChannels == 0) {
   
   
                    continue;
                }
                
                // 获取所有就绪的事件
                Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
                Iterator<SelectionKey> keyIterator = selectedKeys.iterator();
                
                while (keyIterator.hasNext()) {
   
   
                    SelectionKey key = keyIterator.next();
                    
                    // 处理连接事件
                    if (key.isAcceptable()) {
   
   
                        handleAccept(key, selector);
                    }
                    
                    // 处理读事件
                    if (key.isReadable()) {
   
   
                        handleRead(key);
                    }
                    
                    // 移除已处理的事件，避免重复处理
                    keyIterator.remove();
                }
            }
        } catch (IOException e) {
   
   
            e.printStackTrace();
        }
    }
    
    // 处理连接事件
    private static void handleAccept(SelectionKey key, Selector selector) throws IOException {
   
   
        // 获取ServerSocketChannel
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = (ServerSocketChannel) key.channel();
        
        // 接受客户端连接
        SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
        if (socketChannel != null) {
   
   
            System.out.println("新客户端连接: " + socketChannel.getRemoteAddress());
            
            // 设置为非阻塞模式
            socketChannel.configureBlocking(false);
            
            // 注册到Selector，关注读事件
            socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
            
            // 向客户端发送欢迎消息
            String welcomeMsg = "欢迎连接NIO服务器！\n";
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(welcomeMsg.getBytes());
            socketChannel.write(buffer);
        }
    }
    
    // 处理读事件
    private static void handleRead(SelectionKey key) throws IOException {
   
   
        // 获取SocketChannel
        SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();
        
        // 创建缓冲区
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(BUFFER_SIZE);
        
        // 读取数据
        int bytesRead = socketChannel.read(buffer);
        
        if (bytesRead == -1) {
   
   
            // 客户端关闭连接
            System.out.println("客户端断开连接: " + socketChannel.getRemoteAddress());
            socketChannel.close();
            key.cancel();
            return;
        }
        
        // 切换到读模式
        buffer.flip();
        
        // 转换为字符串
        byte[] bytes = new byte[buffer.remain