好的，各位观众，各位程序员同仁，大家好！我是你们的老朋友，人称“代码诗人”的李白，今天，我们来聊聊Java NIO里那个既神秘又实用的家伙：非阻塞IO与选择器！
准备好了吗？让我们一起踏上这场代码的冒险之旅，看看这玩意儿到底是怎么个“非阻塞”法，又是怎么“选择”的！
开场白：阻塞的烦恼与NIO的救赎
想象一下，你在一家生意火爆的餐厅当服务员。传统的阻塞IO就像这样：你必须站在一张餐桌旁，眼巴巴地等着客人点菜、吃饭、结账，期间啥也干不了。如果客人慢条斯理，你只能干等着，其他桌的客人饿得嗷嗷叫，你却爱莫能助，效率那个低啊！
// 阻塞IO的典型场景
Socket socket = serverSocket.accept(); // 阻塞，直到有客户端连接
InputStream in = socket.getInputStream();
byte[] buffer = new byte[1024];
int bytesRead = in.read(buffer); // 阻塞，直到有数据可读这种阻塞模式在并发量不高的时候还凑合，一旦客户端数量暴增，服务器的线程资源就会被大量占用，导致性能急剧下降。就像餐厅服务员被堵在几张慢吞吞的桌子旁，整个餐厅都瘫痪了。
这个时候，我们的英雄——Java NIO（New IO）闪亮登场了！它带来了非阻塞IO和选择器（Selector），就像给服务员装上了滑板鞋和雷达扫描仪，让他们能够同时关注多张桌子，哪个客人需要服务就立刻赶过去，效率嗖嗖地提升！🚀
第一幕：非阻塞IO——“别等我，先忙你的！”
NIO的核心思想就是“非阻塞”。它允许线程发起一个IO操作后，不必等待操作完成就可以立即返回。也就是说，服务员（线程）点了上菜（IO操作）之后，不用站在厨房门口傻等，可以先去招呼其他客人。等菜做好了，厨房会通知服务员，服务员再回来端菜。
在Java NIO中，我们通过 Channel 和 Buffer 来实现非阻塞IO。
- Channel： 类似于IO中的流（Stream），但可以进行双向数据传输，并且可以设置为非阻塞模式。
- Buffer： 用于存储数据的缓冲区，是Channel读写数据的载体。
关键代码如下：
// 创建一个ServerSocketChannel，并设置为非阻塞模式
ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();
serverChannel.configureBlocking(false); // 设置为非阻塞模式
serverChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8080));
// 接受客户端连接
SocketChannel clientChannel = serverChannel.accept(); // 即使没有客户端连接，也会立即返回null
if (clientChannel != null) {
clientChannel.configureBlocking(false); // 同样设置为非阻塞模式
// 处理客户端连接
} else {
// 没有客户端连接，可以去做其他事情
}注意 serverChannel.configureBlocking(false) 这一行，这就是将Channel设置为非阻塞模式的关键。在这种模式下，accept() 方法不会阻塞线程，而是立即返回。如果没有客户端连接，就返回 null。这样，服务器线程就可以继续处理其他任务，而不会被阻塞在 accept() 方法上。
第二幕：选择器（Selector）——“雷达扫描，精准定位！”
光有非阻塞IO还不够，因为服务器需要同时处理多个客户端的连接请求和数据传输。如果每个客户端都分配一个线程，在高并发情况下，线程数量会非常庞大，导致系统资源耗尽。
这个时候，选择器（Selector）就派上用场了。它就像一个雷达扫描仪，可以同时监听多个Channel的IO事件，比如连接建立、数据可读、数据可写等。当某个Channel上有IO事件发生时，选择器会通知服务器线程，服务器线程就可以针对该Channel进行相应的处理。
选择器的原理可以用下图来表示：
graph LR
A[客户端1] --> B(Channel1);
C[客户端2] --> D(Channel2);
E[客户端3] --> F(Channel3);
B --> G{Selector};
D --> G;
F --> G;
G --> H[服务器线程];选择器的工作流程大致如下：
- 注册Channel： 将需要监听的Channel注册到选择器上，并指定感兴趣的IO事件类型（例如，OP_ACCEPT、OP_READ、OP_WRITE、OP_CONNECT）。
- 选择： 调用选择器的
select()方法，阻塞等待，直到至少有一个Channel发生了注册的IO事件。或者等待超过设置的超时时间。 - 处理事件：
select()方法返回后，可以通过selectedKeys()方法获取发生了IO事件的Channel集合，然后遍历集合，根据不同的事件类型进行相应的处理。
关键代码如下：
// 创建一个选择器
Selector selector = Selector.open();
// 将ServerSocketChannel注册到选择器上，并监听OP_ACCEPT事件
serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
while (true) {
// 阻塞等待，直到至少有一个Channel发生了注册的IO事件
int readyChannels = selector.select();
if (readyChannels == 0) {
// 没有Channel发生IO事件，可以继续做其他事情
continue;
}
// 获取发生了IO事件的SelectionKey集合
Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
Iterator<SelectionKey> keyIterator = selectedKeys.iterator();
while (keyIterator.hasNext()) {
SelectionKey key = keyIterator.next();
if (key.isAcceptable()) {
// 有新的客户端连接
ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel();
SocketChannel clientChannel = server.accept();
clientChannel.configureBlocking(false);
// 将新的客户端Channel注册到选择器上，并监听OP_READ事件
clientChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
} else if (key.isReadable()) {
// 有数据可读
SocketChannel clientChannel = (SocketChannel) key.channel();
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
int bytesRead = clientChannel.read(buffer);
if (bytesRead > 0) {
// 处理读取到的数据
buffer.flip();
byte[] data = new byte[buffer.remaining()];
buffer.get(data);
String message = new String(data);
System.out.println("Received: " + message);
} else if (bytesRead == -1) {
// 客户端断开连接
clientChannel.close();
keyIterator.remove();
}
}
// ... 其他事件处理
//处理完毕需要从 selectedKeys 中移除，否则会重复处理
keyIterator.remove();
}
}在这个例子中，我们首先创建了一个选择器，并将 ServerSocketChannel 注册到选择器上，监听 OP_ACCEPT 事件。然后，在一个循环中，调用 selector.select() 方法阻塞等待，直到有新的客户端连接。当有新的客户端连接时，我们接受连接，并将新的客户端Channel注册到选择器上，监听 OP_READ 事件。当有数据可读时，我们从Channel中读取数据，并进行处理。
第三幕：NIO的优势与应用场景——“十八般武艺，样样精通！”
NIO相比于传统的IO，具有以下优势：
- 非阻塞性： 线程不必等待IO操作完成就可以立即返回，提高了并发处理能力。
- 单线程处理多连接： 通过选择器，一个线程可以同时监听多个Channel的IO事件，减少了线程数量，降低了系统资源消耗。
- 零拷贝： NIO提供了一些零拷贝的特性，可以减少数据在内核空间和用户空间之间的拷贝，进一步提高性能。（这个比较复杂，我们下次再细聊）
NIO的应用场景非常广泛，例如：
- 高性能服务器： Netty、Mina等流行的NIO框架都基于NIO实现，可以构建高性能、高并发的服务器。
- 消息队列： Kafka等消息队列也使用了NIO来处理大量的消息传输。
- 游戏服务器： 许多游戏服务器也采用了NIO来处理大量的客户端连接和数据交互。
NIO实战：一个简单的Echo服务器
为了更好地理解NIO的用法，我们来编写一个简单的Echo服务器。这个服务器会接收客户端发送的消息，并将消息原封不动地返回给客户端。
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;
public class EchoServer {
private static final int PORT = 8080;
private static final int BUFFER_SIZE = 1024;
public static void main(String[] args) throws IOException {
// 创建ServerSocketChannel
ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();
serverChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(PORT));
serverChannel.configureBlocking(false);
// 创建Selector
Selector selector = Selector.open();
serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
System.out.println("Echo server started on port " + PORT);
while (true) {
selector.select();
Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
Iterator<SelectionKey> keyIterator = selectedKeys.iterator();
while (keyIterator.hasNext()) {
SelectionKey key = keyIterator.next();
keyIterator.remove();
if (key.isAcceptable()) {
// 处理新的客户端连接
ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel();
SocketChannel clientChannel = server.accept();
clientChannel.configureBlocking(false);
clientChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
System.out.println("Accepted connection from " + clientChannel.getRemoteAddress());
} else if (key.isReadable()) {
// 处理客户端数据
SocketChannel clientChannel = (SocketChannel) key.channel();
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(BUFFER_SIZE);
int bytesRead = clientChannel.read(buffer);
if (bytesRead > 0) {
buffer.flip();
//Echo
clientChannel.write(buffer);
} else if (bytesRead == -1) {
// 客户端断开连接
System.out.println("Connection closed by " + clientChannel.getRemoteAddress());
clientChannel.close();
}
}
}
}
}
}运行这段代码，你就可以启动一个Echo服务器。然后，你可以使用telnet或者其他工具连接到服务器，发送消息，服务器会将消息原封不动地返回给你。
一些需要注意的地方
- Buffer的flip()方法： 在从Buffer中读取数据之前，需要调用
flip()方法，将Buffer的position设置为0，limit设置为当前position。这个方法就像翻书一样，把Buffer从写入模式切换到读取模式。 - SelectionKey的remove()方法： 在处理完一个SelectionKey之后，需要从
selectedKeys集合中移除它，否则下次循环还会重复处理这个SelectionKey。 - 线程安全： NIO的Channel和Selector都不是线程安全的，因此在多线程环境下使用时，需要进行适当的同步处理。
总结：NIO，让你的代码飞起来！
各位，今天我们一起学习了Java NIO中的非阻塞IO和选择器。希望通过今天的讲解，大家能够对NIO有一个更深入的理解，并能够在实际项目中灵活运用。
NIO就像一把锋利的宝剑，可以帮助你构建高性能、高并发的应用程序。但是，要掌握这把宝剑，需要不断地学习和实践。
记住，代码的世界没有捷径，只有不断地努力和探索，才能成为真正的编程大师！💪
好了，今天的分享就到这里。感谢大家的观看，我们下次再见！👋
希望这篇文章能够帮助你理解Java NIO的非阻塞IO和选择器。 如果你有任何问题，欢迎在评论区留言。