Java NIO深入理解ServerSocketChannel
Java NIO 简介
JAVA NIO有两种解释：一种叫非阻塞IO（Non-blocking I/O），另一种也叫新的IO（New I/O），其实是同一个概念。它是一种同步非阻塞的I/O模型，也是I/O多路复用的基础，已经被越来越多地应用到大型应用服务器，成为解决高并发与大量连接、I/O处理问题的有效方式。
NIO是一种基于通道和缓冲区的I/O方式，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存（区别于JVM的运行时数据区），然后通过一个存储在java堆里面的DirectByteBuffer对象作为这块内存的直接引用进行操作。这样能在一些场景显著提高性能，因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。
Java NIO组件
NIO主要有三大核心部分：Channel(通道)，Buffer(缓冲区), Selector（选择器）。传统IO是基于字节流和字符流进行操作（基于流），而NIO基于Channel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(选择区)用于监听多个通道的事件（比如：连接打开，数据到达）。因此，单个线程可以监听多个数据通道。
Buffer
Buffer（缓冲区）是一个用于存储特定基本类型数据的容器。除了boolean外，其余每种基本类型都有一个对应的buffer类。Buffer类的子类有ByteBuffer, CharBuffer, DoubleBuffer, FloatBuffer, IntBuffer, LongBuffer, ShortBuffer 。
Channel
Channel（通道）表示到实体，如硬件设备、文件、网络套接字或可以执行一个或多个不同 I/O 操作（如读取或写入）的程序组件的开放的连接。Channel接口的常用实现类有FileChannel（对应文件IO）、DatagramChannel（对应UDP）、SocketChannel和ServerSocketChannel（对应TCP的客户端和服务器端）。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。
Selector
Selector（选择器）用于监听多个通道的事件（比如：连接打开，数据到达）。因此，单个的线程可以监听多个数据通道。即用选择器，借助单一线程，就可对数量庞大的活动I/O通道实施监控和维护。
Java NIO的简单实现
public class Demo1 {
private static Integer port = 8080;
// 通道管理器(Selector)
private static Selector selector;
private static ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(1, 10, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedTransferQueue<>(), new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
public static void main(String[] args) {
try {
// 创建通道ServerSocketChannel
ServerSocketChannel open = ServerSocketChannel.open();
// 将通道设置为非阻塞
open.configureBlocking(false);
// 绑定到指定的端口上
open.bind(new InetSocketAddress(port));
// 通道管理器(Selector)
selector = Selector.open();
/**
* 将通道(Channel)注册到通道管理器(Selector)，并为该通道注册selectionKey.OP_ACCEPT事件
* 注册该事件后，当事件到达的时候，selector.select()会返回，
* 如果事件没有到达selector.select()会一直阻塞。
*/
open.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
// 循环处理
while (true) {
/**
* 当注册事件到达时，方法返回，否则该方法会一直阻塞
* 该Selector的select()方法将会返回大于0的整数，该整数值就表示该Selector上有多少个Channel具有可用的IO操作
*/
int select = selector.select();
System.out.println("当前有 " + select + " 个channel可以操作");
// 一个SelectionKey对应一个就绪的通道
Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
// 获取事件
SelectionKey key = iterator.next();
// 移除事件，避免重复处理
iterator.remove();
// 客户端请求连接事件，接受客户端连接就绪
if (key.isAcceptable()) {
accept(key);
} else if (key.isReadable()) {
// 监听到读事件，对读事件进行处理
threadPoolExecutor.submit(new NioServerHandler(key));
}
}
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
/**
* 处理客户端连接成功事件
*
* @param key
*/
public static void accept(SelectionKey key) {
try {
// 获取客户端连接通道
ServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel) key.channel();
SocketChannel sc = ssc.accept();
sc.configureBlocking(false);
// 给通道设置读事件，客户端监听到读事件后，进行读取操作
sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
System.out.println("accept a client : " + sc.socket().getInetAddress().getHostName());
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
/**
* 监听到读事件，读取客户端发送过来的消息
*/
public static class NioServerHandler implements Runnable {
private SelectionKey selectionKey;
public NioServerHandler(SelectionKey selectionKey) {
this.selectionKey = selectionKey;
}
@Override
public void run() {
try {
if (selectionKey.isReadable()) {
SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) selectionKey.channel();
// 从通道读取数据到缓冲区
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
// 输出客户端发送过来的消息
socketChannel.read(buffer);
buffer.flip();
System.out.println("收到客户端" + socketChannel.socket().getInetAddress().getHostName() + "的数据：" + new String(buffer.array()));
//将数据添加到key中
ByteBuffer outBuffer = ByteBuffer.wrap(buffer.array());
// 将消息回送给客户端
socketChannel.write(outBuffer);
selectionKey.cancel();
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
