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Java NIO概述 ​

1. Java IO的历史发展 ​

IO 的操作方式通常分为几种：同步阻塞 BIO、同步非阻塞 NIO、异步非阻塞 AIO。

  1. 在 JDK1.4 之前，我们建立网络连接的时候采用的是 BIO 模式。
  2. Java NIO(New IO 或 Non Blocking IO)是从 Java 1.4 版本开始引入的一个新的IO API，可以替代标准的 Java IO API。NIO 支持面向缓冲区的、基于通道的IO操作。NIO将以更加高效的方式进行文件的读写操作。BIO与NIO一个比较重要的不同是，我们使用BIO的时候往往会引入多线程，每个连接对应一个单独的线程；而NIO则是使用单线程或者只使用少量的多线程，让连接共用一个线程。
  3. AIO 也就是 NIO 2，在 Java 7中引入了NIO 的改进版NIO 2,它是异步非阻塞的IO模型。

1.1 阻塞 IO (BIO) ​

阻塞 IO(BIO)是最传统的一种 IO 模型，即在读写数据过程中会发生阻塞现象，直至有可供读取的数据或者数据能够写入。

  1. 在BIO模式中，服务器会为每个客户端请求建立一个线程，由该线程单独负责处理一个客户请求，这种模式虽然简单方便，但由于服务器为每个客户端的连接都采 用一个线程去处理，使得资源占用非常大。因此，当连接数量达到上限时，如果再有用户请求连接，直接会导致资源瓶颈，严重的可能会直接导致服务器崩溃。
  2. 大多数情况下为了避免上述问题，都采用了线程池模型。也就是创建一个固定大小的线程池，如果有客户端请求，就从线程池中取一个空闲线程来处理，当客户端处 理完操作之后，就会释放对线程的占用。因此这样就避免为每一个客户端都要创建线程带来的资源浪费，使得线程可以重用。但线程池也有它的弊端，如果连接大多是长 连接，可能会导致在一段时间内，线程池中的线程都被占用，那么当再有客户端请求连接时，由于没有空闲线程来处理，就会导致客户端连接失败。 传统的BIO模式如下图所示：
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1.2 非阻塞 IO(NIO) ​

基于 BIO 的各种弊端，在 JDK1.4开始出现了高性能 IO 设计模式非阻塞 IO(NIO)。

  1. NIO 采用非阻塞模式，基于Reactor模式的工作方式，I/O 调用不会被阻塞，它的实现过程是：会先对每个客户端注册感兴趣的事件，然后有一个线程专门去轮询每个客户端是否有事件发生，当有事件发生时，便顺序处理每个事件，当所有事件处理完之后，便再转去继续轮询。如下图所示：
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  2. NIO中实现非阻塞I/O的核心对象就是Selector，Selector就是注册各种I/O事件地方，而且当我们感兴趣的事件发生时，就是这个对象告诉我们所发生的事件，如下图所示：
    Alt text NIO的最重要的地方是当一个连接创建后，不需要对应一个线程，这个连接会被注册到多路复用器上面，一个选择器线程可以同时处理成千上万个连接，系统不必创 建大量的线程，也不必维护这些线程，从而大大减小了系统的开销。
IONIO
面向流面向缓冲区
阻塞IO非阻塞IO
无选择器Selectors

1.3 异步非阻塞IO(AIO) ​

  1. AIO也就是NIO 2，在 Java7中引入了NIO的改进版NIO 2,它是异步非阻塞的IO模型。异步IO是基于事件和回调机制实现的，也就是说AIO模式不需要selector操作，而是是事件驱动形式，也就是当客户端发送数据之后，会主动通知服务器，接着服务器再进行读写操作。
  2. Java的AIO API其实就是Proactor模式的应用，和Reactor模式类似。Reactor和Proactor模式的主要区别就是真正的读取和写入操作是有谁来完成的，
    Reactor中需要应用程序自己读取或者写入数据，而Proactor模式中，应用程序不需要进行实际的读写过程，它只需要从缓存区读取或者写入即可，操作系统会读取缓存区或者写入缓存区到真正的IO设备。

2. NIO的组成 ​

Java NIO 由以下几个核心部分组成：

  • Channels
  • Buffers
  • Selectors
    虽然Java NIO中除此之外还有很多类和组件，但Channel，Buffer和Selector构成了核心的API。其它组件，如Pipe和FileLock，只不过是与三个核心组件共同使用的工具类。

2.1. Channel ​

Channel，可以翻译成"通道"。Channel和 IO中的 Stream(流)是差不多一个等级的。只不过Stream是单向的，譬如：InputStream, OutputStream.而Channel是双向的，既可以用来进行读操作，又可以用来进行写操作。NIO 中的 Channel 的主要实现有：FileChannel、DatagramChannel、 SocketChannel和ServerSocketChannel，这里看名字就可以猜出个所以然来：分别可以对应文件 IO、UDP和TCP(Server和Client)

2.2 Buffer ​

NIO 中的关键 Buffer 实现有：ByteBuffer, CharBuffer, DoubleBuffer, FloatBuffer, IntBuffer, LongBuffer, ShortBuffer，分别对应基本数据类型: byte, char, double, float, int, long, short。

2.3 Selector ​

Selector运行单线程处理多个Channel，如果你的应用打开了多个通道，但每个连接的流量都很低，使用Selector就会很方便。例如在一个聊天服务器中。要使用 Selector, 得向Selector注册Channel，然后调用它的select()方法。这个方法会一直阻塞到某个注册的通道有事件就绪。一旦这个方法返回，线程就可以处理这些事件，事件的例子有如新的连接进来、数据接收等。

2.4 Channel Buffer Selector三者关系 ​

  1. 一个Channel就像一个流，只是Channel是双向的，Channel读数据到Buffer，Buffer写数据到Channel。
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  2. 一个Selector允许一个线程处理多个Channel。
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