Java NIO 深入研究(Java NIO深度解析与实践指南)

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ithorizon 7个月前 (10-20) 阅读数 21 #后端开发

Java NIO 深入研究 - Java NIO深度解析与实践指南

一、Java NIO 简介

Java NIO（Non-blocking I/O）是从Java 1.4开端引入的一种新的I/O操作行为，与传统的BIO（Blocking I/O）相比，NIO提供了更高效、更灵活的I/O处理能力。本文将深入探讨Java NIO的核心概念、组件以及实际应用。

二、Java NIO 核心组件

Java NIO关键包括以下几个核心组件：

Buffer

Channel

Selector

2.1 Buffer

Buffer是一个可以存储数据的数据结构，它提供了数据的读写操作。Buffer有以下几个子类：

ByteBuffer

CharBuffer

DoubleBuffer

FloatBuffer

IntBuffer

LongBuffer

ShortBuffer

以下是一个ByteBuffer的使用示例：


ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
buffer.put((byte) 'a');
buffer.put((byte) 'b');
buffer.put((byte) 'c');
buffer.flip();
while (buffer.hasRemaining()) {
    System.out.print((char) buffer.get());
}

2.2 Channel

Channel是Java NIO中的一个重要概念，它代表了一个可以执行I/O操作的通道。Channel可以是文件、网络连接等。以下是一些常用的Channel实现类：

FileChannel

SocketChannel

ServerSocketChannel

DatagramChannel

以下是一个使用FileChannel读取文件的示例：


FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("example.txt");
FileChannel channel = fileInputStream.getChannel();
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
while (channel.read(buffer) != -1) {
    buffer.flip();
    while (buffer.hasRemaining()) {
        System.out.print((char) buffer.get());
    }
    buffer.clear();
}
fileInputStream.close();
channel.close();

2.3 Selector

Selector是Java NIO中用于处理多个Channel的组件，它可以监视多个Channel上的事件（如连接请求、数据可读等）。通过使用Selector，可以实现高效的I/O多路复用。

以下是一个使用Selector处理多个Channel的示例：


Selector selector = Selector.open();
// 注册Channel到Selector
channel.configureBlocking(false);
channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
while (true) {
    selector.select(); // 阻塞等待事件
    Set selectedKeys = selector.selectedKeys();
    Iterator iterator = selectedKeys.iterator();
    
    while (iterator.hasNext()) {
        SelectionKey key = iterator.next();
        iterator.remove();
        
        if (key.isReadable()) {
            // 处理读取事件
        }
    }
}

三、Java NIO 与 BIO 的比较

Java NIO与BIO在以下几个方面存在显著差异：

同步/非同步：BIO是同步阻塞的，NIO是同步非阻塞的。

数据传输行为：BIO是基于流的，NIO是基于缓冲区的。

性能：NIO在处理大量并发连接时具有更高的性能。

四、Java NIO 实践

下面将通过一个简洁的TCP服务器和客户端示例来展示Java NIO的实际应用。

4.1 服务器端

服务器端使用NIO来接收客户端的连接请求，并处理数据。


ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));
serverSocketChannel.configureBlocking(false);
Selector selector = Selector.open();
serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
while (true) {
    selector.select();
    Set selectionKeys = selector.selectedKeys();
    Iterator iterator = selectionKeys.iterator();
    
    while (iterator.hasNext()) {
        SelectionKey key = iterator.next();
        iterator.remove();
        
        if (key.isAcceptable()) {
            SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
            socketChannel.configureBlocking(false);
            socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
        } else if (key.isReadable()) {
            SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
            int read = socketChannel.read(buffer);
            if (read == -1) {
                socketChannel.close();
                continue;
            }
            buffer.flip();
            System.out.println("Received message: " + new String(buffer.array(), 0, read));
        }
    }
}

4.2 客户端

客户端使用NIO向服务器发送数据。


SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
socketChannel.connect(new InetSocketAddress("localhost", 8080));
socketChannel.configureBlocking(false);
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
buffer.put("Hello, Server!".getBytes());
buffer.flip();
while (socketChannel.write(buffer) != 0) {
    // 循环写入数据
}
socketChannel.close();