Java技术教程 – Java中的NIO（非阻塞I/O）详解与案例

在Java编程中，I/O操作一直是一个重要的部分，但传统的阻塞I/O模型在处理高并发场景时可能会遇到性能瓶颈。Java NIO（New Input/Output，非阻塞I/O）提供了一种更高效的I/O处理方式，它允许一个线程管理多个输入输出通道，极大地提高了I/O处理的效率。

1. NIO的基本概念

NIO主要由三个核心部分组成：Channel（通道）、Buffer（缓冲区）和Selector（选择器）。

Channel：与传统的Stream不同，NIO中的Channel是可以进行读写操作的双向管道。常见的Channel有SocketChannel、ServerSocketChannel、FileChannel等。
Buffer：NIO中的所有数据都需要先写入到缓冲区中，然后从缓冲区中获取数据。Buffer提供了对数据的结构化访问。
Selector：Selector允许一个线程同时管理多个Channel，通过Selector可以监听多个Channel的事件（如连接、读写），从而大大减少了线程的使用。

2. 简单的NIO示例

下面是一个简单的NIO服务端示例，该示例展示了如何使用NIO来处理客户端的连接和数据读写。

2.1 服务端代码


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 NIOServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Selector selector = Selector.open();
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

        while (true) {
            selector.select();
            Set selectedKeys = selector.selectedKeys();
            Iterator iterator = selectedKeys.iterator();

            while (iterator.hasNext()) {
                SelectionKey key = iterator.next();

                if (key.isAcceptable()) {
                    ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel();
                    SocketChannel client = server.accept();
                    client.configureBlocking(false);
                    client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                } else if (key.isReadable()) {
                    SocketChannel client = (SocketChannel) key.channel();
                    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                    client.read(buffer);
                    String received = new String(buffer.array()).trim();
                    System.out.println("Received: " + received);
                    buffer.clear();
                    buffer.put(("Echo: " + received).getBytes());
                    buffer.flip();
                    client.write(buffer);
                    client.close();
                }

                iterator.remove();
            }
        }
    }

2.2 客户端代码


import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SocketChannel;

public class NIOClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        InetSocketAddress address = new InetSocketAddress("localhost", 8080);
        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(address);
        socketChannel.configureBlocking(false);

        String message = "Hello, NIO!";
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(message.getBytes());
        socketChannel.write(buffer);

        buffer.clear();
        socketChannel.read(buffer);
        String received = new String(buffer.array()).trim();
        System.out.println("Received: " + received);

        socketChannel.close();
    }
}