深入理解Java NIO（Java非阻塞IO编程从入门到精通）

核心组件一：Buffer（缓冲区）

Buffer 是一个容器，用于存储数据。与传统 IO 直接读写不同，NIO 中所有数据都必须先放入 Buffer，再通过 Channel 传输。

常见的 Buffer 类型包括：

• ByteBuffer：处理字节数据（最常用）
• CharBuffer：处理字符
• IntBuffer、LongBuffer 等：处理基本类型

Buffer 有三个重要属性：

• capacity：容量，最大可存储数据量
• position：当前位置（读写指针）
• limit：限制位置（最多能读/写到哪）

Buffer 使用示例

import java.nio.ByteBuffer;public class BufferExample {    public static void main(String[] args) {        // 创建一个容量为10的ByteBuffer        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);                // 写入数据        buffer.put((byte) 'H');        buffer.put((byte) 'e');        buffer.put((byte) 'l');                // 切换到读模式（position=0, limit=当前position）        buffer.flip();                // 读取数据        while (buffer.hasRemaining()) {            System.out.print((char) buffer.get());        }        // 输出: Hel    }}  

核心组件二：Channel（通道）

Channel 类似于传统 IO 中的流，但它是双向的（可读可写），并且必须与 Buffer 配合使用。常见的 Channel 包括：

• FileChannel：用于文件读写
• SocketChannel：用于 TCP 网络通信
• ServerSocketChannel：监听 TCP 连接
• DatagramChannel：用于 UDP 通信

FileChannel 文件复制示例

import java.io.RandomAccessFile;import java.nio.ByteBuffer;import java.nio.channels.FileChannel;public class FileCopyExample {    public static void main(String[] args) throws Exception {        RandomAccessFile fromFile = new RandomAccessFile("source.txt", "rw");        FileChannel fromChannel = fromFile.getChannel();                RandomAccessFile toFile = new RandomAccessFile("target.txt", "rw");        FileChannel toChannel = toFile.getChannel();                ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);                while (fromChannel.read(buffer) != -1) {            buffer.flip(); // 切换到读模式            toChannel.write(buffer);            buffer.clear(); // 清空缓冲区，准备下一次写入        }                fromFile.close();        toFile.close();    }}  

核心组件三：Selector（选择器）

Selector 是实现非阻塞IO的关键。它允许单个线程监控多个 Channel 的事件（如连接、读、写），从而避免为每个连接创建线程，极大提升系统并发能力。

使用 Selector 的基本步骤：

1. 创建 Selector
2. 将 Channel 注册到 Selector，并指定监听事件（如 OP_READ）
3. 调用 select() 方法等待事件发生
4. 遍历 SelectionKey 处理就绪的 Channel

简单服务器示例（使用 Selector）

import java.net.InetSocketAddress;import java.nio.channels.SelectionKey;import java.nio.channels.Selector;import java.nio.channels.ServerSocketChannel;import java.util.Iterator;public class NIOServer {    public static void main(String[] args) throws Exception {        // 创建 ServerSocketChannel        ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();        serverChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));        serverChannel.configureBlocking(false); // 设置为非阻塞                // 创建 Selector 并注册 channel        Selector selector = Selector.open();        serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);                System.out.println("服务器启动，监听端口 8080...");                while (true) {            selector.select(); // 阻塞直到有事件就绪            Iterator<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys().iterator();                        while (keys.hasNext()) {                SelectionKey key = keys.next();                keys.remove();                                if (key.isAcceptable()) {                    // 处理新连接                    ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel();                    // 此处可接受新连接并注册到 selector                    System.out.println("新客户端连接！");                }                // 可继续处理 READ/WRITE 事件            }        }    }}  

总结

通过本教程，你已经掌握了 java.nio 的三大核心组件：Buffer、Channel 和 Selector。它们共同构成了 Java 高性能 IO 的基础。

记住：

• 所有数据操作都通过 Buffer 进行
• Channel 是数据传输的桥梁
• Selector 实现单线程管理多连接，是构建高并发服务的关键

建议动手实践上述代码，加深对 非阻塞IO 和 Buffer和Channel 工作机制的理解。随着经验积累，你将能构建出高性能、可扩展的网络应用！