Java NIO 深度解析：从 BIO 到 NIO 的演进与实战

NIO 的非阻塞性体现在 Channel 的操作上（如`accept()`、`read()`、`write()`），其底层依赖操作系统的 "非阻塞 I/O" 支持：

操作系统层面 ：当 Channel 设置为configureBlocking(false)时，Java 会调用操作系统的非阻塞 I/O 接口（如 Linux 的fcntl函数设置O_NONBLOCK标志）。此时，调用read()读取数据时，若内核缓冲区中无数据，不会阻塞线程，而是直接返回-1；调用accept()时，若无新连接，直接返回null。
Java 层面 ：通过返回值判断操作是否成功，避免线程阻塞。例如，在非阻塞模式下，SocketChannel.read(buffer)的返回值含义：
- 大于 0：读取到的数据字节数；
- 等于 0：未读取到数据（内核缓冲区有数据但未读完，或暂时无数据）；
- 等于 - 1：客户端关闭连接。

这种非阻塞特性，使得线程无需等待 I/O 操作完成，可同时处理多个 Channel 的请求，大幅提升线程利用率。

3.2 多路复用原理：Selector 如何监听多个 Channel？

Selector 的 "多路复用" 本质是借助操作系统的I/O 多路复用机制 （如 Linux 的epoll、Windows 的IOCP），实现用一个线程监听多个文件描述符（Channel 对应操作系统的文件描述符）的事件。

以 Linux 的epoll为例，Selector 的底层工作流程如下：

创建 epoll 实例 ：Java 调用epoll_create函数创建一个 epoll 实例，用于管理待监听的文件描述符；
注册事件 ：当 Channel 注册到 Selector 时，Java 调用epoll_ctl函数，将 Channel 对应的文件描述符和监听事件（如EPOLLIN对应OP_READ）添加到 epoll 实例中；
等待事件就绪 ：Selector 调用epoll_wait函数，阻塞等待 epoll 实例中注册的事件就绪（若有事件就绪，返回就绪的文件描述符列表）；
处理事件 ：Java 遍历就绪的文件描述符，将对应的SelectionKey标记为就绪，唤醒 Selector 线程处理事件。

相比传统的select/poll机制，epoll具有 "无连接数限制""事件驱动" 的优势，能高效处理 10 万级以上的连接，这也是 NIO 支持高并发的核心原因。

四、NIO 的实战场景：文件复制与高并发服务器

NIO 不仅适用于网络编程，还可用于文件操作等场景。以下通过两个实战案例，展示 NIO 的实际应用。

4.1 场景 1：NIO 实现高效文件复制

传统 BIO 复制文件时，需通过流逐字节读取，效率较低；而 NIO 的FileChannel支持 "零拷贝"（transferTo/transferFrom方法），可直接将数据从一个 Channel 传输到另一个 Channel，无需经过用户态内存，大幅提升复制效率。

代码实现：NIO 文件复制

java

复制代码

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class NioFileCopy {
    public static void main(String[] args) {
        String sourcePath = "D:/source.txt"; // 源文件路径
        String targetPath = "D:/target.txt"; // 目标文件路径
        
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        try (
            // 创建源文件的FileChannel（读模式）
            FileChannel sourceChannel = new FileInputStream(sourcePath).getChannel();
            // 创建目标文件的FileChannel（写模式，若文件不存在则创建）
            FileChannel targetChannel = new FileOutputStream(targetPath).getChannel()
        ) {
            // 零拷贝：将源Channel的数据直接传输到目标Channel
            // transferTo返回已传输的字节数，若未传输完，循环传输
            long transferred = 0;
            long fileSize = sourceChannel.size();
            while (transferred < fileSize) {
                transferred += sourceChannel.transferTo(transferred, fileSize - transferred, targetChannel);
            }
            System.out.println("文件复制完成！总大小：" + fileSize + "字节");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("复制耗时：" + (endTime - startTime) + "毫秒");
    }
}

核心优势：

零拷贝 ：transferTo方法直接调用操作系统的 "零拷贝" 接口（如 Linux 的sendfile），数据从源文件的内核缓冲区直接写入目标文件的内核缓冲区，无需经过 Java 堆内存，减少 2 次数据拷贝（传统 BIO 需 "内核→用户态→内核"3 次拷贝）；
大文件友好 ：支持断点传输（通过transferred记录已传输字节数），避免大文件复制中断后重新开始。

4.2 场景 2：NIO 实现高并发 echo 服务器

echo 服务器的功能是 "接收客户端发送的数据，原样返回给客户端"。使用 NIO 实现的 echo 服务器，可支持数千个客户端同时连接，且仅需少量线程。

代码实现：NIO 高并发 echo 服务器