NIO：Java并发编程的神兵利器

2023-11-10 08:50:10

NIO(Non-blocking IO)是Java中用于网络通信的高性能异步IO API，它可以帮助开发者构建高效、可扩展的网络应用程序。NIO提供了与传统BIO(Blocking IO)不同的IO模型，使得应用程序可以同时处理多个连接，从而提高吞吐量和并发性。

NIO的基本原理是使用非阻塞IO操作来处理网络连接。在NIO中，当一个连接需要进行IO操作时，应用程序不会等待IO操作完成，而是将IO操作交给操作系统，然后继续执行其他任务。当操作系统完成IO操作后，它会通知应用程序，应用程序再对IO操作结果进行处理。

NIO提供了多种用于处理IO操作的类，其中最重要的是SocketChannel和ServerSocketChannel。SocketChannel用于与其他计算机建立连接，而ServerSocketChannel用于监听端口并接受连接。

为了使用NIO，开发者需要首先创建一个ServerSocketChannel对象，然后将其绑定到一个端口上。接下来，开发者需要创建一个SocketChannel对象，并将其连接到ServerSocketChannel。一旦连接建立，开发者就可以通过SocketChannel进行IO操作。

NIO提供了多种方法进行IO操作，包括read、write、connect和accept。这些方法都是非阻塞的，这意味着它们不会等待IO操作完成。

NIO非常适合开发高性能、可扩展的网络应用程序。NIO提供了与传统BIO不同的IO模型，使得应用程序可以同时处理多个连接，从而提高吞吐量和并发性。此外，NIO还提供了多种用于处理IO操作的类，使得应用程序开发更加容易。

以下是一个使用NIO开发的简单网络服务器示例：

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.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;

public class SimpleNioServer {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建ServerSocketChannel对象
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        // 将ServerSocketChannel绑定到端口上
        serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));
        // 设置ServerSocketChannel为非阻塞模式
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);

        // 创建Selector对象
        Selector selector = Selector.open();
        // 将ServerSocketChannel注册到Selector上，并设置感兴趣的事件为ACCEPT
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

        while (true) {
            // 阻塞直到有事件发生
            selector.select();
            // 获取所有已就绪的SelectionKey对象
            Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
            // 遍历SelectionKey对象
            Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
                SelectionKey selectionKey = iterator.next();
                // 如果SelectionKey的事件是ACCEPT，则表示有新的连接请求
                if (selectionKey.isAcceptable()) {
                    // 获取客户端连接的SocketChannel对象
                    SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
                    // 将SocketChannel设置为非阻塞模式
                    socketChannel.configureBlocking(false);
                    // 将SocketChannel注册到Selector上，并设置感兴趣的事件为READ
                    socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                }
                // 如果SelectionKey的事件是READ，则表示有数据可读
                else if (selectionKey.isReadable()) {
                    // 获取SocketChannel对象
                    SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) selectionKey.channel();
                    // 创建ByteBuffer对象
                    ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                    // 从SocketChannel中读取数据
                    int readBytes = socketChannel.read(byteBuffer);
                    // 如果readBytes为-1，则表示客户端连接已关闭
                    if (readBytes == -1) {
                        socketChannel.close();
                    }
                    // 将ByteBuffer中的数据转换为字符串
                    String data = new String(byteBuffer.array(), 0, readBytes);
                    // 打印数据
                    System.out.println("收到客户端数据：" + data);
                    // 将数据回写给客户端
                    ByteBuffer writeBuffer = ByteBuffer.wrap(data.getBytes());
                    socketChannel.write(writeBuffer);
                }
                // 处理其他事件
                // ...
                // 从SelectionKey集合中移除当前的SelectionKey
                iterator.remove();
            }
        }
    }
}