Java IO模型之NIO模型

edison_kwok SpringForAll社区 2021-05-26

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一、Java NIO基本介绍

Java NIO全称 java non-blocking IO，是指JDK提供的新API，从java 1.4开始提供的一系列改进输入输出的新特性，被统一称为NIO（New IO）,是同步非阻塞的。
NIO相关类都被放在java.nio包及其子包下，并且对原java.io包中很多类进行改写。
NIO三大核心部分：Channel（通道），Buffer（缓冲），Selector（选择器）；
NIO是面向缓冲区，或者面向块编程的。数据读取到一个稍后处理的缓冲区，需要时可在缓冲区前后移动，这就是增加了处理过程中的灵活性，使用它可以提供非阻塞式的高伸缩性网络。
Java NIO非阻塞式模式，使一个线程从某通道发送请求或者读取数据，但是它仅仅能得到目前可用的数据，如何没有数据可用时，就就什么都不会获取，而不是保持线程阻塞，所以直到数据变得可以读取之前，该线程可以继续做其他事。非阻塞写也是如此，一个线程请求写入一些数据到某通道，但不需要等待它完全写入，这个线程同时可以去做别的事情。
通俗一点，Java NIO可以做到用一个线程来处理多个操作。假设有10000个请求过来，根据实际情况，可以分配50或者100个线程来处理。不想之前的阻塞IO那样，非得10000个线程处理。
HTTP2.0使用了多路复用的技术，做到了同一连接并发处理多个请求，而且并发请求的数量比HTTP1.1大了好几个数量级。

Buffer定义了所有缓冲区都具有四个属性来提供关于其所包含的数据元素的信息

属性	描述
Capacity	容器，即可以容纳的最大数量，在缓冲区创建时设定并且不能修改。
Limit	表示缓冲区的当前终点，不能对缓冲区超过极线的位置进行读写操作。且极限时可以修改的。
Position	位置，下一个要读或者写的元素的索引，每次读写缓冲区数据时，都会改变Position值，为下次读写做准备。
Mark	标记，调用mark()来设置mark=position，再调用reset()可以让position恢复标记位置。

BIO以流的方式处理数据，而NIO已块的方式处理数据，块I/O的效率比流I/O的效率高很多。
BIO是阻塞的，NIO是非阻塞的。
BIO基于字节流和字符流进行操作，而NIO基于Channel（通道）和Buffer（缓冲区）进行操作，数据总是从通道读入缓冲区中，或者从缓冲区写入通道中，Selector（选择器）用于监听多个通道的事件（连接请求、数据到达等），也因此单个线程可以监听多个客户端通道。

每个channel都对应一个Buffer;
一个selector对应一个线程,- 一个线程对应多个channel（连接）;
该图反应了有三个channel注册到该selector；
程序切换到哪一个channel是由事件决定的，Event就是一个重要的概念；
selector会根据不同的事件会在不同的channel上进行切换；
Buffer是一个内存块，底层是一个数组；
数据的读取写入是通过buffer的，这个和BIO有本质的不同，BIO要么是输入流，要么是输出流，不能双向，但是NIO的buffer可以读也可以写（需要filp切换）；
channel是双向的，可以返回底层操作系统的情况。