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Java NIO 学习小记

news 2025/9/14 15:21:00

Java NIO 学习小记：Buffer、Channel 与 Selector

在 Java 的 I/O 体系中，NIO（New Input/Output）是对传统 BIO（Blocking I/O）的优化。NIO 提供了更高效的 面向缓冲区、基于通道 的数据处理方式，并且通过 多路复用器（Selector） 实现了单线程处理多个连接的能力。本文简单记录 NIO 的核心概念与常用方法。

一、NIO 的三大核心组件

1. Buffer（缓冲区）

Buffer 是 NIO 中存储数据的容器，底层是数组，但提供了更强大的数据操作能力。所有读写操作都需要通过 Buffer。

常见类型：

ByteBuffer（最常用，网络传输、文件读写）
CharBuffer
IntBuffer
LongBuffer
DoubleBuffer
FloatBuffer
ShortBuffer

核心方法：

put()：写入数据到缓冲区
get()：从缓冲区读取数据
flip()：写模式切换为读模式
clear()：清空缓冲区（仅重置指针，不清除数据）
rewind()：回到开头重新读取
mark() / reset()：标记和回滚
remaining()：返回可读数据量

2. Channel（通道）

Channel 类似于传统的流（Stream），但支持双向操作（可读可写），并且必须配合 Buffer 使用。

常见实现：

FileChannel：文件 I/O
SocketChannel：TCP 客户端
ServerSocketChannel：TCP 服务端
DatagramChannel：UDP 通信

常用方法：

read(ByteBuffer buffer)：从通道读入数据到 Buffer
write(ByteBuffer buffer)：从 Buffer 写数据到通道
close()：关闭通道
open()：打开通道（如 FileChannel.open()）

3. Selector（选择器）

Selector 是 NIO 的核心，用于管理多个通道，支持非阻塞 IO。通过一个线程就能高效处理成百上千的连接。

常用方法：

open()：打开一个选择器
select()：阻塞直到有通道就绪
selectNow()：非阻塞立即返回
selectedKeys()：获取就绪通道集合
register(channel, ops)：注册通道并监听事件

事件类型：

OP_ACCEPT：连接就绪
OP_CONNECT：连接建立
OP_READ：可读
OP_WRITE：可写

二、NIO 的 I/O 模型

BIO（同步阻塞）：一个连接一个线程，效率低。
NIO（同步非阻塞）：一个线程管理多个连接，配合 Selector 实现多路复用。
AIO（异步非阻塞）：Java 7 引入，基于回调机制，I/O 完成后自动通知。

三、例子

1. FileChannel + Buffer 示例

import java.io.RandomAccessFile;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;public class NIOFileExample {public static void main(String[] args) throws Exception {RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("test.txt", "rw");FileChannel channel = file.getChannel();ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);int bytesRead = channel.read(buffer);while (bytesRead != -1) {buffer.flip();while (buffer.hasRemaining()) {System.out.print((char) buffer.get());}buffer.clear();bytesRead = channel.read(buffer);}channel.close();file.close();}
}

2. Selector 示例（简易 TCP 服务端）

import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.*;
import java.util.Iterator;public class NIOServer {public static void main(String[] args) throws Exception {Selector selector = Selector.open();ServerSocketChannel server = ServerSocketChannel.open();server.bind(new InetSocketAddress(8080));server.configureBlocking(false);server.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);while (true) {selector.select();Iterator<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys().iterator();while (keys.hasNext()) {SelectionKey key = keys.next();keys.remove();if (key.isAcceptable()) {SocketChannel client = server.accept();client.configureBlocking(false);client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);System.out.println("客户端连接：" + client.getRemoteAddress());} else if (key.isReadable()) {SocketChannel client = (SocketChannel) key.channel();ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);int len = client.read(buffer);if (len > 0) {buffer.flip();System.out.println("收到消息：" + new String(buffer.array(), 0, len));client.write(ByteBuffer.wrap("已收到\\n".getBytes()));}}}}}
}