Java NIO：NIO概述

港控/mmm° 2022-06-06 09:37 176阅读 0赞

在上一篇博文中讲述了几种IO模型，现在我们开始进入Java NIO编程主题。NIO是Java 4里面提供的新的API，目的是用来解决传统IO的问题。本文下面分别从Java NIO的几个基础概念介绍起。

以下是本文的目录大纲：

一.NIO中的几个基础概念

二.Channel

三.Buffer

四.Selector

**一.NIO中的几个基础概念**

在NIO中有几个比较关键的概念：Channel（通道），Buffer（缓冲区），Selector（选择器）。

首先从Channel说起吧，通道，顾名思义，就是通向什么的道路，为某个提供了渠道。在传统IO中，我们要读取一个文件中的内容，通常是像下面这样读取的：

public class Test {
        public static void main(String[] args) throws IOException  {
            File file = new File("data.txt");
            InputStream inputStream = new FileInputStream(file);
            byte[] bytes = new byte[1024];
            inputStream.read(bytes);
            inputStream.close();
        }  
    }

这里的InputStream实际上就是为读取文件提供一个通道的。

因此可以将NIO 中的Channel同传统IO中的Stream来类比，但是要注意，传统IO中，Stream是单向的，比如InputStream只能进行读取操作，OutputStream只能进行写操作。而Channel是双向的，既可用来进行读操作，又可用来进行写操作。

Buffer（缓冲区），是NIO中非常重要的一个东西，在NIO中所有数据的读和写都离不开Buffer。比如上面的一段代码中，读取的数据时放在byte数组当中，而在NIO中，读取的数据只能放在Buffer中。同样地，写入数据也是先写入到Buffer中。

下面介绍一下NIO中最核心的一个东西：Selector。可以说它是NIO中最关键的一个部分，Selector的作用就是用来轮询每个注册的Channel，一旦发现Channel有注册的事件发生，便获取事件然后进行处理。

比如看下面的这个例子：  
　　![这里写图片描述][SouthEast]

用单线程处理一个Selector，然后通过Selector.select()方法来获取到达事件，在获取了到达事件之后，就可以逐个地对这些事件进行响应处理。

**二.Channel**

在前面已经提到，Channel和传统IO中的Stream很相似。虽然很相似，但是有很大的区别，主要区别为：通道是双向的，通过一个Channel既可以进行读，也可以进行写；而Stream只能进行单向操作，通过一个Stream只能进行读或者写；

以下是常用的几种通道：

FileChannel  
　　　　SocketChanel  
　　　　ServerSocketChannel  
　　　　DatagramChannel  
　　　　  
　　通过使用FileChannel可以从文件读或者向文件写入数据；通过SocketChannel，以TCP来向网络连接的两端读写数据；通过ServerSocketChanel能够监听客户端发起的TCP连接，并为每个TCP连接创建一个新的SocketChannel来进行数据读写；通过DatagramChannel，以UDP协议来向网络连接的两端读写数据。

下面给出通过FileChannel来向文件中写入数据的一个例子：

public class Test {
        public static void main(String[] args) throws IOException  {
            File file = new File("data.txt");
            FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream(file);
            FileChannel channel = outputStream.getChannel();
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
            String string = "java nio";
            buffer.put(string.getBytes());
            buffer.flip();     //此处必须要调用buffer的flip方法
            channel.write(buffer);
            channel.close();
            outputStream.close();
        }  
    }

通过上面的程序会向工程目录下的data.txt文件写入字符串”java nio”，注意在调用channel的write方法之前必须调用buffer的flip方法，否则无法正确写入内容，至于具体原因将在下篇博文中具体讲述Buffer的用法时阐述。

**三.Buffer**

Buffer，故名思意，缓冲区，实际上是一个容器，是一个连续数组。Channel提供从文件、网络读取数据的渠道，但是读取或写入的数据都必须经由Buffer。具体看下面这张图就理解了：  
　　![这里写图片描述][SouthEast 1]

上面的图描述了从一个客户端向服务端发送数据，然后服务端接收数据的过程。客户端发送数据时，必须先将数据存入Buffer中，然后将Buffer中的内容写入通道。服务端这边接收数据必须通过Channel将数据读入到Buffer中，然后再从Buffer中取出数据来处理。

在NIO中，Buffer是一个顶层父类，它是一个抽象类，常用的Buffer的子类有：

ByteBuffer  
　　　　IntBuffer  
　　　　CharBuffer  
　　　　LongBuffer  
　　　　DoubleBuffer  
　　　　FloatBuffer  
　　　　ShortBuffer  
　　　　  
　　如果是对于文件读写，上面几种Buffer都可能会用到。但是对于网络读写来说，用的最多的是ByteBuffer。

关于Buffer的具体使用以及它的limit、posiion和capacity这几个属性的理解在下一篇文章中讲述。

**四.Selector**

Selector类是NIO的核心类，Selector能够检测多个注册的通道上是否有事件发生，如果有事件发生，便获取事件然后针对每个事件进行相应的响应处理。这样一来，只是用一个单线程就可以管理多个通道，也就是管理多个连接。这样使得只有在连接真正有读写事件发生时，才会调用函数来进行读写，就大大地减少了系统开销，并且不必为每个连接都创建一个线程，不用去维护多个线程，并且避免了多线程之间的上下文切换导致的开销。

与Selector有关的一个关键类是SelectionKey，一个SelectionKey表示一个到达的事件，这2个类构成了服务端处理业务的关键逻辑。

关于Selector类的具体使用将在后续文章中阐述。

[SouthEast]: /images/20220606/6a68d7ae03664fd9925d77633a89c262.png
[SouthEast 1]: /images/20220606/8c7639dbae4e4571a8e1e225f77d9697.png