java网络编程之NIO（二）

NIO类库简介

在介绍NIO编程之前，我们首先需要澄清一个概念，NIO到底是什么的简称？有人称之为New IO，因为它相对于之前的IO类库是新增的，所以被称为New IO，这是它的官方叫法。但是，由于之前老的IO类库是阻塞IO，New IO类库的目标就是要让JAVA支持非阻塞IO，所以，更多的人喜欢称之为非阻塞IO（Non-block IO），由于非阻塞IO更能够体现NIO的特点，所以本书使用的NIO都指的是非阻塞IO。

与Socket类和ServerSocket类相对应，NIO也提供了SocketChannel和ServerSocketChannel两种不同的套接字通道实现。这两种新增的通道都支持阻塞和非阻塞两种模式。阻塞模式使用非常简单，但是性能和可靠性都不好，非阻塞模式正好相反。开发人员一般可以根据自己的需要来选择合适的模式，一般来说，低负载、低并发的应用程序可以选择同步阻塞IO以降低编程复杂度。但是对于高负载、高并发的网络应用，需要使用NIO的非阻塞模式进行开发。

NIO模型图：

学习NIO编程，我们首先要了解几个概念：

Buffer（缓冲区）、Channel (管道、通道）Selector（选择器、多路复用器）

下面我会一一介绍：

Buffer（缓冲区）

Buffer是一个对象，它包含一些要写入或者要读取的数据。在NIO类库中加入Buffer对象，体现了新库与原IO的一个重要的区别。在面向流的IO中，可以将数据直接写入或读取到Stream对象中。在NIO库中，所有数据都是用缓冲区处理的（读写）。缓冲区实质上是一个数组，通常它是一个字节数组(ByteBuffer)，也可以使用他类型的数组。这个数组为缓冲区提供了数据的访问读写等操作属性，如位置、容量、上限等概念，参考api文档。

Buffer类型：我们最常用的就是ByteBuffer，实际上每一种java基木类型都对于了一种缓存区（除了Boolean类型）,如下所示：

ByteBuffer：字节缓冲区 CharBuffer：字符缓冲区 ShortBuffer：短整型缓冲区 IntBuffer：整形缓冲区 LongBuffer：长整形缓冲区 FloatBuffer：浮点型缓冲区 DoubleBuffer：双精度浮点型缓冲区

缓冲区的类图继承关系如下所示：

每一个Buffer类都是Buffer接口的一个子实例。除了 ByteBuffer，每一个 Buffer 类都有完全一样的操作，只是它们所处理的数据类型不一样。因为大多数标准I/O操作都使用ByteBuffer，所以它除了具有一般缓冲区的操作之外还提供一些特有的操作，方便网络读写。

下面有个小例子介绍Buffer类型使用。虽然不是很详细但是足够你了解使用了。

Channel (管道、通道）

通道(Channel)，它就像自来水管道一样，网络数据通过Channel读取和写入，通道与流不同之处在于通道是双向的，而流只是一个方向上移动（一个流必须是Inputstream或OutputStream的子类），而通道可以用于读、写或者二者同时进行，最关键的是可以与多路复用器结合起来，有多种的状态位，方便多路复用器去识别。

事实上通道分为两大类，一类是网络读写的(SelectableChanneI)，一类是用于文件操作的(FileChannel)，我们使用MJSocketChanneI和ServerSockerChannel都是SelectableChannel的子类。

Selector（选择器、多路复用器）

多路复用器(Selector)，他是NIO编程的基础，非常重要。多路复用器提供选择己经就绪的任务的能力。

简单说，就是Selctor会不断地轮询注册在其上的通道(Channel)，如果某个通道发生了读写操作，这个通道就处于就绪状态，会被Selector轮询出来，然后通过SelectionKey可以取得就绪的Channel集合，从而进行后续的IO操作。

一个多路复用器(Selector)可以负责成千上万Channel通道，没有上限，这也是JDK使用了epoll代了传统的select实现，获得连接句柄没有限制。这也就意味着我们只要一个线程负的轮询，就可以接入成千上万个客户端，这是JDK NIO库的巨大进步。

Selector线程就类似一个管理者(Master)，管理了成千上万个管道，然后轮询那个管道的数据己经准备好，通知cpu执行IO的读取或写入操作。

Selector模式：当IO事件（管道）注册到选择器以后，Selector会分配给和个管道一个key值，相当于标签。Selector选择器是以轮询的方式进行查找注册的所有IO事件（管道），当我们的IO事件（管道）准备就绪后，select就会识别，会通过key值来找到相应的管道，进行相关的数据处理操作（从管道里读或写数据，写到我们的数据缓冲区中）。

每个管道都会对选择器进行注册不同的事件状态，以便选择器查找。

SelectionKey.OP_CONNECT

SelectionKey.OP_ACCEPT

SelectionKey.OP_READ

SelectionKey.OP_WRlTE

案例

下面每一行代码基本上都有注释，看不懂也正常api确实有点恶心特别是buffer。祝你好运，开启读代码模式。

server.java

Client.java

客户端运行结果：

客户端运行结果：

在客户端发一条信息服务端：

服务端接收到客户端的信息：

看完代码相信大家都会觉得NIO编程难度确实比同步阻塞BIO大很多，我们的NIO例程并没有考虑“半包读”和“半包写”，如果加上这些，代码将会更加复杂。NIO代码既然这么复杂，为什么它的应用却越来越广泛呢，使用NIO编程的优点总结如下：

1、客户端发起的连接操作是异步的，可以通过在多路复用器注册OP_CONNECT等待后续结果，不需要像之前的客户端那样被同步阻塞；

2、 SocketChannel的读写操作都是异步的，如果没有可读写的数据它不会同步等待，直接返回，这样IO通信线程就可以处理其它的链路，不需要同步等待这个链路可用；

3、 线程模型的优化：由于JDK的Selector在Linux等主流操作系统上通过epoll实现，它没有连接句柄数的限制（只受限于操作系统的最大句柄数或者对单个进程的句柄限制），这意味着一个Selector线程可以同时处理成千上万个客户端连接，而且性能不会随着客户端的增加而线性下降，因此，它非常适合做高性能、高负载的网络服务器。

JDK1.7升级了NIO类库，升级后的NIO类库被称为NIO2.0，引人注目的是Java正式提供了异步文件IO操作，同时提供了与Unix网络编程事件驱动IO对应的AIO。下一章介绍AIO。