Java NIO 入门指南

什么是Java NIO？

Java NIO（Non-blocking IO）是一种基于事件驱动的I/O技术，旨在提高高并发场景下的系统性能。相比传统的阻塞I/O模型，NIO通过更高效的方式来处理多个连接。

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核心组件

1. Channel

   • 类似于传统IO中的Stream，用于实际数据传输。
   • 常见类型：
     • FileChannel：文件操作。
     • SocketChannel：网络通信（TCP）。
     • DatagramChannel：无连接的UDP通信。

2. Buffer

   • 数据存储容器，支持高效的数据读写操作。
   • 常见类型：
     • ByteBuffer
     • CharBuffer

3. Selector

   • 用于注册和监听多个Channel的I/O事件。
   • 当某个Channel准备好进行读/写时，Selector会通知应用程序。

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NIO的优点

• 使用一个线程即可处理大量连接（非阻塞模式）。
• 节省资源：相比传统的多线程模型，NIO减少了线程数量和系统开销。

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示例代码

1. 创建ServerSocketChannel并绑定端口

import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;

public class NIOServer {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ServerSocketChannel server = ServerSocketChannel.open();
        server.bind(new InetSocketAddress("localhost", 8080));
        
        while (true) {
            SocketChannel client = server.accept(); // 阻塞，直到有新连接
            System.out.println("New client connected");
            
            new Thread(() -> {
                try {
                    while (true) {
                        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                        int bytesRead = client.read(buffer);
                        
                        if (bytesRead == -1) { // 连接关闭
                            break;
                        }
                        
                        String message = new String(buffer.array(), 0, bytesRead).trim();
                        System.out.println("Received: " + message);
                        
                        buffer.flip(); // 准备写数据
                        client.write(buffer); // 发送响应
                    }
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
    }
}

2. 创建SocketChannel并连接服务器

import java.nio.channels.SocketChannel;

public class NIOClient {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        SocketChannel client = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("localhost", 8080));
        
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap("Hello, Server!".getBytes());
        buffer.flip();
        
        System.out.println("Sending: Hello, Server!");
        int bytesWritten = client.write(buffer);
        
        // 等待服务器响应
        Thread.sleep(1000);
    }
}

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运行步骤

1. 启动 NIOServer，它会在8080端口监听连接。
2. 启动 NIOClient，发送数据到服务器。

运行后：

• 服务端会打印出“New client connected”和接收到的消息。
• 客户端会显示已成功发送消息，并等待响应。

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总结

通过上述代码示例可以看出，Java NIO在处理高并发场景时更加高效。它允许用更少的线程管理更多的连接，从而降低了系统资源消耗。