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编程问答

NIO基础详解

發布時間：2025/3/20 编程问答 17 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 NIO基础详解小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

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Netty 是基于Java NIO 封裝的網絡通訊框架，只有充分理解了 Java NIO 才能理解好Netty的底層設計。Java NIO 由三個核心組件組件：

Buffer
Channel
Selector

緩沖區 Buffer

Buffer 是一個數據對象，我們可以把它理解為固定數量的數據的容器，它包含一些要寫入或者讀出的數據。

在 Java NIO 中，任何時候訪問 NIO 中的數據，都需要通過緩沖區（Buffer）進行操作。讀取數據時，直接從緩沖區中讀取，寫入數據時，寫入至緩沖區。NIO 最常用的緩沖區則是 ByteBuffer。下圖是 Buffer 繼承關系圖：

每一個 Java 基本類型都對應著一種 Buffer，他們都包含這相同的操作，只不過是所處理的數據類型不同而已。

通道 Channel

Channel 是一個通道，它就像自來水管一樣，網絡數據通過 Channel 這根水管讀取和寫入。傳統的 IO 是基于流進行操作的，Channle 和類似，但又有些不同：

區別流通過Channel

支持異步	不支持	支持
是否可雙向傳輸數據	不能，只能單向	可以，既可以從通道讀取數據，也可以向通道寫入數據
是否結合 Buffer 使用	不	必須結合 Buffer 使用
性能	較低	較高

正如上面說到的，Channel 必須要配合 Buffer 一起使用，我們永遠不可能將數據直接寫入到 Channel 中，同樣也不可能直接從 Channel 中讀取數據。都是通過從 Channel 讀取數據到 Buffer 中或者從 Buffer 寫入數據到 Channel 中，如下：

簡單點說，Channel 是數據的源頭或者數據的目的地，用于向 buffer 提供數據或者讀取 buffer 數據，并且對 I/O 提供異步支持。

下圖是 Channel 的類圖（http://blog.csdn.net/tsyj810883979/article/details/6876594）

Channel 為最頂層接口，所有子 Channel 都實現了該接口，它主要用于 I/O 操作的連接。定義如下：

public interface Channel extends Closeable {/*** 判斷此通道是否處于打開狀態。 */public boolean isOpen();/***關閉此通道。*/public void close() throws IOException; }

最為重要的Channel實現類為：

FileChannel：一個用來寫、讀、映射和操作文件的通道
DatagramChannel：能通過 UDP 讀寫網絡中的數據
SocketChannel: 能通過 TCP 讀寫網絡中的數據
ServerSocketChannel：可以監聽新進來的 TCP 連接，像 Web 服務器那樣。對每一個新進來的連接都會創建一個 SocketChannel

多路復用器 Selector

多路復用器 Selector，它是 Java NIO 編程的基礎，它提供了選擇已經就緒的任務的能力。從底層來看，Selector 提供了詢問通道是否已經準備好執行每個 I/O 操作的能力。簡單來講，Selector 會不斷地輪詢注冊在其上的 Channel，如果某個 Channel 上面發生了讀或者寫事件，這個 Channel 就處于就緒狀態，會被 Selector 輪詢出來，然后通過 SelectionKey 可以獲取就緒 Channel 的集合，進行后續的 I/O 操作。

Selector 允許一個線程處理多個 Channel ，也就是說只要一個線程復雜 Selector 的輪詢，就可以處理成千上萬個 Channel ，相比于多線程來處理勢必會減少線程的上下文切換問題。下圖是一個 Selector 連接三個 Channel ：

實例

服務端

public class NIOServer {/*接受數據緩沖區*/private ByteBuffer sendbuffer = ByteBuffer.allocate(1024);/*發送數據緩沖區*/private ?ByteBuffer receivebuffer = ByteBuffer.allocate(1024);private Selector selector;public NIOServer(int port) throws IOException {// 打開服務器套接字通道ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();// 服務器配置為非阻塞serverSocketChannel.configureBlocking(false);// 檢索與此通道關聯的服務器套接字ServerSocket serverSocket = serverSocketChannel.socket();// 進行服務的綁定serverSocket.bind(new InetSocketAddress(port));// 通過open()方法找到Selectorselector = Selector.open();// 注冊到selector，等待連接serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);System.out.println("Server Start----:");}//private void listen() throws IOException {while (true) {selector.select();Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();while (iterator.hasNext()) {SelectionKey selectionKey = iterator.next();iterator.remove();handleKey(selectionKey);}}}private void handleKey(SelectionKey selectionKey) throws IOException {// 接受請求ServerSocketChannel server = null;SocketChannel client = null;String receiveText;String sendText;int count=0;// 測試此鍵的通道是否已準備好接受新的套接字連接。if (selectionKey.isAcceptable()) {// 返回為之創建此鍵的通道。server = (ServerSocketChannel) selectionKey.channel();// 接受到此通道套接字的連接。// 此方法返回的套接字通道（如果有）將處于阻塞模式。client = server.accept();// 配置為非阻塞client.configureBlocking(false);// 注冊到selector，等待連接client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);} else if (selectionKey.isReadable()) {// 返回為之創建此鍵的通道。client = (SocketChannel) selectionKey.channel();//將緩沖區清空以備下次讀取receivebuffer.clear();//讀取服務器發送來的數據到緩沖區中count = client.read(receivebuffer);if (count > 0) {receiveText = new String( receivebuffer.array(),0,count);System.out.println("服務器端接受客戶端數據--:"+receiveText);client.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE);}} else if (selectionKey.isWritable()) {//將緩沖區清空以備下次寫入sendbuffer.clear();// 返回為之創建此鍵的通道。client = (SocketChannel) selectionKey.channel();sendText="message from server--";//向緩沖區中輸入數據sendbuffer.put(sendText.getBytes());//將緩沖區各標志復位,因為向里面put了數據標志被改變要想從中讀取數據發向服務器,就要復位sendbuffer.flip();//輸出到通道client.write(sendbuffer);System.out.println("服務器端向客戶端發送數據--："+sendText);client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);}}/*** @param args* @throws IOException*/public static void main(String[] args) throws IOException {int port = 8080;NIOServer server = new NIOServer(port);server.listen();} }

客戶端

public class NIOClient {/*接受數據緩沖區*/private static ByteBuffer sendbuffer = ByteBuffer.allocate(1024);/*發送數據緩沖區*/private static ByteBuffer receivebuffer = ByteBuffer.allocate(1024);public static void main(String[] args) throws IOException {// 打開socket通道SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();// 設置為非阻塞方式socketChannel.configureBlocking(false);// 打開選擇器Selector selector = Selector.open();// 注冊連接服務端socket動作socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT);// 連接socketChannel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8080));Set<SelectionKey> selectionKeys;Iterator<SelectionKey> iterator;SelectionKey selectionKey;SocketChannel client;String receiveText;String sendText;int count=0;while (true) {//選擇一組鍵，其相應的通道已為 I/O 操作準備就緒。//此方法執行處于阻塞模式的選擇操作。selector.select();//返回此選擇器的已選擇鍵集。selectionKeys = selector.selectedKeys();//System.out.println(selectionKeys.size());iterator = selectionKeys.iterator();while (iterator.hasNext()) {selectionKey = iterator.next();if (selectionKey.isConnectable()) {System.out.println("client connect");client = (SocketChannel) selectionKey.channel();// 判斷此通道上是否正在進行連接操作。// 完成套接字通道的連接過程。if (client.isConnectionPending()) {client.finishConnect();System.out.println("完成連接!");sendbuffer.clear();sendbuffer.put("Hello,Server".getBytes());sendbuffer.flip();client.write(sendbuffer);}client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);} else if (selectionKey.isReadable()) {client = (SocketChannel) selectionKey.channel();//將緩沖區清空以備下次讀取receivebuffer.clear();//讀取服務器發送來的數據到緩沖區中count=client.read(receivebuffer);if(count>0){receiveText = new String( receivebuffer.array(),0,count);System.out.println("客戶端接受服務器端數據--:"+receiveText);client.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE);}} else if (selectionKey.isWritable()) {sendbuffer.clear();client = (SocketChannel) selectionKey.channel();sendText = "message from client--";sendbuffer.put(sendText.getBytes());//將緩沖區各標志復位,因為向里面put了數據標志被改變要想從中讀取數據發向服務器,就要復位sendbuffer.flip();client.write(sendbuffer);System.out.println("客戶端向服務器端發送數據--："+sendText);client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);}}selectionKeys.clear();}} }

運行結果

謝謝閱讀，祝好!!!

參考

Java NIO 系列教程
Netty 權威指南（第2版）

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的NIO基础详解的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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