在使用 NIO 之前，我们先来看一下传统 BIO 阻塞 IO 的实现。
Java BIO 工作机制
Java BIO 就是传统的 Java I/O 编程，其相关的类和接口在 java.io。
BIO(BlockingI/O)：同步阻塞，服务器实现模式为一个连接一个线程，即客户端有连接请求时服务器端就需要启动一个线程进行处理，如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销，可以通过线程池机制改善（实现多个客户连接服务器）。Java BIO 工作流程：
- 服务器端启动一个
ServerSocket。
- 客户端启动
Socket 对服务器进行通信，默认情况下服务器端需要对每个客户建立一个线程与之通讯。
- 客户端发出请求后，先咨询服务器是否有线程响应，如果没有则会等待，或者被拒绝。
- 如果有响应，客户端线程会等待请求结束后，再继续执行。
Java BIO 应用实例
- 使用
BIO 模型编写一个服务器端，监听 6666 端口，当有客户端连接时，就启动一个线程与之通讯。
- 要求使用线程池机制改善，可以连接多个客户端。
- 服务器端可以接收客户端发送的数据（
telnet 方式即可）。
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| public class BIOServer {
public static void main(String[] args) throws Exception{
ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(6666);
System.out.println("服务器启动了");
while (true) {
Socket socket = serverSocket.accept();
System.out.println("连接到一个客户端");
executorService.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
byte[] bytes = new byte[1024];
InputStream inputStream = socket.getInputStream();
while (true) {
int read = inputStream.read(bytes);
if (read == -1) break;
System.out.println(new String(bytes, 0, read));
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
System.out.println("关闭客户端连接");
try {
socket.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
});
}
}
}
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为什么使用 NIO
传统 Socket 的 accept() 方法阻塞（等待客户端连接），输入流的 read() 方法阻塞（等待 OS 将数据从内核拷贝到用户空间）。也就是说 BIO 会让主线程进入阻塞状态，性能不高。就算使用多线程来解决，但在高并发的情况下，会创建很多线程，线程会占用内存，线程之间的切换也会浪费资源开销。
而 NIO 只有在连接/通道真正有读写事件发生时(事件驱动)，才会进行读写，就大大地减少了系统的开销。不必为每一个连接都创建一个线程，也不必去维护多个线程。避免了多个线程之间的上下文切换，导致资源的浪费。
NIO 和 BIO 的比较
BIO 以流的方式处理数据，而 NIO 以块的方式处理数据，块 I/O 的效率比流 I/O 高很多。BIO 是阻塞的，NIO 则是非阻塞的。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，数据总是从通道读取到缓冲区中，或者从缓冲区写入到通道中。Selector（选择器）用于监听多个通道的事件（比如：连接请求，数据到达等），因此使用单个线程就可以监听多个客户端通道。Buffer 和 Channel 之间的数据流向是双向的。
NIO 实现群聊系统
服务端实现
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| public class NIOServer {
private Selector selector;
private ServerSocketChannel listenChannel;
private static final int PORT = 6667;
public NIOServer() throws IOException{
this.selector = Selector.open();
this.listenChannel = getServerSocketChannel(selector);
}
private ServerSocketChannel getServerSocketChannel(Selector selector) throws IOException {
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
serverSocketChannel.configureBlocking(false);
serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(PORT));
serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
return serverSocketChannel;
}
public void listen() {
System.out.println("服务器开始监听......");
try {
while (true) {
if (selector.select() == 0) {
continue;
}
Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
Iterator<SelectionKey> it = selectionKeys.iterator();
while (it.hasNext()) {
SelectionKey key = it.next();
it.remove();
if (key.isAcceptable()) {
SocketChannel channel = listenChannel.accept();
channel.configureBlocking(false);
channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
System.out.println("客户端连接: " + channel.getRemoteAddress());
} else if (key.isReadable()) {
SocketChannel channel = null;
try {
channel = (SocketChannel) key.channel();
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
int read = channel.read(byteBuffer);
if (read > 0) {
String msg = new String(byteBuffer.array());
System.out.println(msg);
notifyAllClient(msg, channel);
}
} catch (IOException e) {
System.out.println("客户端 " + channel.getRemoteAddress() + ": 离线了...");
key.cancel();
channel.close();
}
}
}
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
try {
selector.close();
listenChannel.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
private void notifyAllClient(String msg, SocketChannel self) throws IOException {
for (SelectionKey selectionKey : selector.keys()) {
Channel channel = selectionKey.channel();
if (channel instanceof SocketChannel && channel != self) {
SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) channel;
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.wrap(msg.getBytes());
socketChannel.write(byteBuffer);
}
}
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
new NIOServer().listen();
}
}
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客户端线程类
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| public class ClientThread extends Thread{
private Selector selector;
private SocketChannel socketChannel;
private static final String HOST = "127.0.0.1";
private static final int PORT = 6667;
private String userName;
public ClientThread(String userName) throws Exception{
this.selector = Selector.open();
this.socketChannel = getSocketChannel();
this.userName = userName;
}
public SocketChannel getSocketChannel() throws Exception{
SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
socketChannel.socket().connect(new InetSocketAddress(HOST, PORT));
socketChannel.configureBlocking(false);
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
return socketChannel;
}
@Override
public void run() {
try {
while (true) {
readInfo();
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
try {
selector.close();
socketChannel.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
public void readInfo() {
try {
int read = selector.select();
if (read > 0) {
Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
Iterator<SelectionKey> it = selectionKeys.iterator();
while (it.hasNext()) {
SelectionKey key = it.next();
it.remove();
if (key.isReadable()) {
SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
channel.read(byteBuffer);
System.out.println(new String(byteBuffer.array()));
}
}
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public void sendInfo(String msg) {
msg = userName + ": " + msg;
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(msg.getBytes());
try {
socketChannel.write(buffer);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public void close() {
try {
selector.close();
socketChannel.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
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客户端实现
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| public class NIOClient {
public static void main(String[] args) throws Exception{
String userName = "小明";
ClientThread client = new ClientThread(userName);
client.start();
BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
String readLine;
while ((readLine = reader.readLine()) != null) {
if (readLine.equals("bye")) {
client.close();
System.exit(0);
}
client.sendInfo(readLine);
}
}
}
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