Java NIO到底是个什么东西

Java NIO（New Input/Output）是从Java 1.4版本开始引入的一个用于提高IO操作性能的API库。它提供了非阻塞的IO操作、缓冲区管理、通道(Channel)及选择器(Selector)等新特性，这些特性让开发者能够建立更高效、可伸缩的IO操作。特别是在需要处理数千个网络连接时，NIO表现出更好的性能。非阻塞模式 是NIO重要的特点之一，在传统的阻塞IO模型中，当线程调用read()或write()时，线程会被阻塞直到有数据可读或可写。而在非阻塞模式下，线程可以请求读写操作后立即返回，不必等待，从而能够同时处理多个IO请求。

一、NIO核心组件

缓冲区(Buffer)

缓冲区是NIO中数据读写的容器，本质上是一个可以读写数据的内存块。缓冲区对象主要有ByteBuffer、CharBuffer、IntBuffer等等，分别用于存储不同类型的数据。每个缓冲区都提供了对数据结构化访问以及维护读写位置等信息的方法。

通道(Channel)

通道是Java NIO中的基础，它象征着打开到IO设备（例如文件、套接字等）的连接。简单来说，所有的数据都通过Channel读写。Channel有点像传统的“流”，但又有本质区别。它们主要的不同在于Channel是双向的，即可以用来进行读取操作，也可以用来进行写入操作。

二、非阻塞IO

选择器(Selector)

选择器是Java NIO编程中的关键。它使用一个线程来处理多个Channel，如果只有少数几个Channel是有实际数据可处理的，这时使用选择器就会非常有效。选择器会不断轮询注册在其上的通道，如果某个通道有IO事件发生，就能够快速响应，这就允许单个线程管理多个并发的IO操作。

非阻塞模式

在非阻塞模式下，可以让线程向通道请求读写操作后立即返回。如果有数据可读或可以写入，则操作进行；如果没有数据，操作就可以等到数据准备好。这样的机制可以使得线程在等待IO的时候去做其他任务，极大地提高了程序的效率。

三、原理与应用

缓冲区和通道的交互

在Java NIO中，所有数据的读写都是通过缓冲区来进行的。通道负责传输数据，但操作的始终是缓冲区内的数据。当从通道读取数据时，数据会被读入到缓冲区；当写入数据到通道时，也是从缓冲区写入。

应用场景

Java NIO特别适用于需要同时处理成千上万个连接，但实际上每个连接的I/O需求都不是很高的场景，典型的应用场景包括服务器。如Web服务器、数据库服务器等，它们可以通过使用单个或少量的线程来管理所有的客户端连接，从而提供高效的服务。

四、NIO与IO的比较

阻塞与非阻塞

Java IO建立在流模型之上，对数据的处理是阻塞的。这表示当一个线程调用read()或write()时，它会被阻塞，直到有些数据被读取，或数据完全写入。这在并发处理许多连接时，显然是一个缺点。而在Java NIO中，通过Selector实现非阻塞IO，线程可以在没有可用数据读写时继续做其他任务。

缓冲区和通道的使用

在Java IO中使用流对象来进行读写操作，单向流动，需要为读写分别创建不同的对象。Java NIO提供的缓冲区是双向的，同一个Buffer既可以读也可以写；通道同样是双向的，一个通道可以用于读取和写入。

五、NIO的使用示例

创建缓冲区

创建缓冲区很简单，只需调用相应Buffer类的allocate方法即可。如：

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

使用通道进行读写

可以使用FileChannel读取或写入到文件：

RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("data.txt", "rw");
FileChannel inChannel = aFile.getChannel();

利用选择器来管理多个通道

可以将多个Channel注册到Selector上，并询问哪些通道准备好了可以进行读取或写入：

Selector selector = Selector.open();
channel.configureBlocking(false);
SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

总的来说，Java NIO是一个强大的IO库，其非阻塞和选择器的特性使其成为处理高并发数据传输的理想选择。虽然它的使用会比传统IO更复杂，但是它在性能和可伸缩性方面提供了显著的优势。

相关问答FAQs：

1. Java NIO是什么？为什么我要了解它？

Java NIO（New Input/Output）是Java编程语言的一种I/O（输入/输出）模型。与传统的Java I/O（旧的I/O）相比，Java NIO提供了一种更高效、可扩展性更好的处理方式。它在处理大量并发请求时能提供更好的性能，并且更适合构建网络通信相关的应用程序。

2. Java NIO和Java I/O有什么区别？为什么要使用Java NIO？

Java NIO相对于Java I/O来说有几个重要的区别。首先，Java NIO使用基于通道（Channel）和缓冲区（Buffer）的方式进行数据的读写，而Java I/O则使用基于流（Stream）的方式。其次，Java NIO支持非阻塞I/O操作，使得一个线程可以同时处理多个并发连接，而Java I/O则是阻塞式的。此外，Java NIO还提供了选择器（Selector）等高级功能来处理多个通道的事件，进一步提高了处理能力和效率。

使用Java NIO的好处在于它的高性能和可伸缩性。对于网络编程，Java NIO能够很好地处理大量的并发连接，减少资源的消耗。对于处理大量数据的场景，Java NIO的缓冲区（Buffer）也能够提供更高效的数据传输。

3. Java NIO在哪些场景下会被使用？

Java NIO在以下情况下会被广泛使用：