【Java】NIO 简单介绍

简介

从 Java 1.4 版本开始引入的一个新的 I/O API，可以替代标准的 Java I/O。
提供了与标准 I/O 不同的工作方式，核心是通道（Channel）、缓冲区（Buffer）和选择器（Selector）。
支持非阻塞 I/O 操作，非常适合处理大量并发连接，是构建高性能网络应用的基础。
多路复用的机制，适合构建高性能服务器应用

核心概念

Channel：类似于流（Stream），但可以双向读写
Buffer：一个用于存储数据的容器（本质上是一个数组）
Selector：用于监听多个 Channel 的事件（如连接、读就绪、写就绪）
- 一个线程可以管理多个 Channel，实现单线程处理多路复用，极大地提高了 I/O 效率

代码示例

java 复制代码

public class NIOClient {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1. 连接到服务器
        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
        socketChannel.connect(new InetSocketAddress("localhost", 8080));
        socketChannel.configureBlocking(false); // 设置为非阻塞（可选，这里为了演示NIO风格）

        System.out.println("已连接到服务器 localhost:8080");
        System.out.println("请输入消息（输入 'quit' 退出）:");

        // 用于读取用户输入
        BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        String userInput;

        // 用于读取服务器响应
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

        while ((userInput = reader.readLine()) != null) {
            if ("quit".equalsIgnoreCase(userInput)) {
                break;
            }

            // 2. 发送消息到服务器
            byte[] messageBytes = userInput.getBytes();
            ByteBuffer writeBuffer = ByteBuffer.wrap(messageBytes);
            socketChannel.write(writeBuffer);
            System.out.println("已发送: " + userInput);

            // 3. 读取服务器的响应
            buffer.clear(); // 清空缓冲区，准备接收数据
            int bytesRead = socketChannel.read(buffer);
            if (bytesRead > 0) {
                buffer.flip(); // 切换为读模式
                byte[] responseBytes = new byte[buffer.remaining()];
                buffer.get(responseBytes);
                String response = new String(responseBytes);
                System.out.println("服务器回复: " + response);
            }
        }

        // 4. 关闭连接
        socketChannel.close();
        System.out.println("客户端已关闭。");
    }
}

java 复制代码

public class NIOServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1. 打开 Selector
        Selector selector = Selector.open();

        // 2. 打开 ServerSocketChannel
        ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();
        serverChannel.configureBlocking(false); // 设置为非阻塞模式
        serverChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));

        // 3. 将 ServerSocketChannel 注册到 Selector，监听 ACCEPT 事件
        serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

        System.out.println("NIO 服务器启动，监听端口 8080...");

        while (true) {
            // 4. 阻塞等待，直到有事件发生
            int readyChannels = selector.select();
            if (readyChannels == 0) continue;

            // 5. 获取就绪的 SelectionKey 集合
            Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
            Iterator<SelectionKey> keyIterator = selectedKeys.iterator();

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

                // 6. 处理不同的事件
                if (key.isAcceptable()) {
                    // 接受新的连接
                    ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel();
                    SocketChannel clientChannel = server.accept();
                    clientChannel.configureBlocking(false); // 设置为非阻塞
                    clientChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                    System.out.println("新客户端连接: " + clientChannel.getRemoteAddress());
                } else if (key.isReadable()) {
                    // 读取客户端数据
                    SocketChannel clientChannel = (SocketChannel) key.channel();
                    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(256);
                    int bytesRead = clientChannel.read(buffer);
                    if (bytesRead > 0) {
                        buffer.flip();
                        byte[] data = new byte[buffer.remaining()];
                        buffer.get(data);
                        String message = new String(data);
                        System.out.println("收到消息: " + message);
                        // 回复客户端
                        ByteBuffer responseBuffer = ByteBuffer.wrap(("Echo: " + message).getBytes());
                        clientChannel.write(responseBuffer);
                    } else if (bytesRead == -1) {
                        // 客户端关闭连接
                        System.out.println("客户端断开: " + clientChannel.getRemoteAddress());
                        clientChannel.close();
                    }
                }

                // 7. 移除已处理的 key
                keyIterator.remove();
            }
        }
    }