Java NIO原理分析

Java IO

在Client/Server模型中，Server每每須要同時處理大量來自Client的訪問請求，所以Server端需採用支持高併發訪問的架構。一種簡單而又直接的解決方案是「one-thread-per-connection」。這是一種基於阻塞式I/O的多線程模型。在該模型中，Server爲每一個Client鏈接建立一個處理線程，每一個處理線程阻塞式等待可能達到的數據，一旦數據到達，則當即處理請求、返回處理結果並再次進入等待狀態。因爲每一個Client鏈接有一個單獨的處理線程爲其服務，所以可保證良好的響應時間。但當系統負載增大（併發請求增多）時，Server端須要的線程數會增長，這將成爲系統擴展的瓶頸所在。(Java IO與NIO的區別)

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Java NIO

Java NIO不但引入了全新的高效的I/O機制，同時引入了基於Reactor設計模式的多路複用異步模式。NIO包中主要包含如下幾種抽象數據類型。
* Channel(通道)：NIO把它支持的I/O對象抽象爲Channel。它模擬了通訊鏈接，相似於原I/O中的流（Stream），用戶能夠經過它讀取和寫入數據。目前已知的實例類有SocketChannel、ServerSocketChannel、DatagramChannel、FileChannel等。
* Buffer(緩衝區)：Buffer是一塊連續的內存區域，通常做爲Channel收發數據的載體出現。全部數據都經過Buffer對象來處理。
* Selector(選擇器)：Selector類提供了監控一個和多個通道當前狀態的機制。只要Channel向Selector註冊了某種特定的事件，Selector就會監聽這些事件是否會發生，一旦發生某個事件，便會通知對應的Channel。使用選擇器，藉助單一線程，就可對數量龐大的活動I/O通道實施監控和維護。

Java NIO的服務端只需啓動一個專門的線程來處理全部的IO事件，這種通訊模型是怎麼實現的呢？Java NIO採用了雙向通道（channel）進行數據傳輸，而不是單向的流（stream），在通道上能夠註冊咱們感興趣的事件。一共有如下四種事件：

事件名 對應值
服務端接收客戶端鏈接事件 SelectionKey.OP_ACCEPT(16) 
客戶端鏈接服務端事件 SelectionKey.OP_CONNECT(8)
讀事件 SelectionKey.OP_READ(1)
寫事件 SelectionKey.OP_WRITE(4)

服務端和客戶端各自維護一個管理通道的對象，咱們稱之爲selector，該對象能檢測一個或多個通道 (channel) 上的事件。咱們以服務端爲例，若是服務端的selector上註冊了讀事件，某時刻客戶端給服務端發送了一些數據，阻塞I/O這時會調用read()方法阻塞地讀取數據，而NIO的服務端會在selector中添加一個讀事件。服務端的處理線程會輪詢地訪問selector，若是訪問selector時發現有感興趣的事件到達，則處理這些事件，若是沒有感興趣的事件到達，則處理線程會一直阻塞直到感興趣的事件到達爲止。下面是Java NIO的通訊模型示意圖：

從下圖中能夠看出，當有讀或寫等任何註冊的事件發生時，能夠從Selector中得到相應的SelectionKey，同時從 SelectionKey中能夠找到發生的事件和該事件所發生的具體的SelectableChannel，以得到客戶端發送過來的數據。 使用NIO中非阻塞I/O編寫服務器處理程序，大致上能夠分爲下面三個步驟： 
1. 向Selector對象註冊感興趣的事件 
2. 從Selector中獲取感興趣的事件
3. 根據不一樣的事件進行相應的處理

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參考

Java NIO原理圖文分析及代碼實現
Java NIO系列教程（十二）Java NIO與IO