javaIO的NIO

一、NIO 整体定位

• NIO：New IO / Non-blocking IO，JDK1.4 推出
• 模式：同步非阻塞
• BIO：面向流、单向、阻塞、一连接一线程
• NIO：面向缓冲区 + 通道、双向、非阻塞、单线程管理多连接
• 核心价值：高并发、低线程开销，Netty 底层完全基于 NIO 改造

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二、NIO 三大核心组件（必背）

1. Buffer 缓冲区

   数据读写容器，所有数据都先存入 Buffer，再通过 Channel 传输。

2. Channel 通道

   数据传输通道，双向读写，替代 BIO 单向流。

3. Selector 选择器

   多路复用核心，1 个线程监听成千上万个 Channel，实现非阻塞。

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三、Buffer 缓冲区（核心重点）

1. 常见 Buffer 实现

ByteBuffer（最常用）、CharBuffer、IntBuffer、LongBuffer…

开发 99% 场景只用：ByteBuffer

2. Buffer 四大核心属性

• capacity：容量，固定不可变，最大存储大小
• position：当前读写位置
• limit：读写限制边界
• mark：标记，可回退

3. 四大核心方法（必考）

• put()：写入数据到缓冲区
• get()：从缓冲区读取数据
• flip()：切换读模式 → position 置 0、limit = 原 position
• clear()：清空缓冲区 → 重置指针，数据并未真正删除

极简代码示例

import java.nio.ByteBuffer;

public class BufferDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 分配缓冲区
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

        // 1. 写模式：存数据
        buffer.put("nio学习".getBytes());

        // 2. 切换读模式
        buffer.flip();

        // 3. 读数据
        byte[] data = new byte[buffer.remaining()];
        buffer.get(data);
        System.out.println(new String(data));

        // 4. 清空，恢复写模式
        buffer.clear();
    }
}

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四、Channel 通道

1. 核心特点

• 双向：既可读、亦可写
• 非阻塞支持
• 只能配合 Buffer 传输数据
• 生命周期长，连接不断开就一直存在

2. 常用 Channel

• FileChannel：文件 IO 通道
• SocketChannel：TCP 客户端通道
• ServerSocketChannel：TCP 服务端通道
• DatagramChannel：UDP 通道

3. FileChannel 文件复制（NIO 文件操作）

零拷贝思想入门，比 BIO 缓冲流更高效：

try (FileInputStream fis = new FileInputStream("src.txt");
     FileOutputStream fos = new FileOutputStream("copy.txt")){

    FileChannel inChannel = fis.getChannel();
    FileChannel outChannel = fos.getChannel();

    // 直接通道对传，高效
    inChannel.transferTo(0, inChannel.size(), outChannel);
}

4. 分散读取 & 聚集写入

• 分散读取：一个通道数据，拆分存入多个 Buffer

• 聚集写入：多个 Buffer 数据，合并写入一个通道

  适合报文定长分段场景，底层网络框架常用。

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五、Selector 选择器（多路复用核心）

1. 解决的问题

BIO：客户端多 → 线程爆炸、内存耗尽、上下文切换频繁

NIO+Selector：单线程轮询监听所有通道 IO 事件，无事件就不阻塞。

2. 监听 4 种事件

- OP_ACCEPT：客户端连接事件
- OP_CONNECT：客户端连接成功
- OP_READ：读就绪事件
- OP_WRITE：写就绪事件

3. 工作流程

1. 创建 Selector
2. 打开 ServerSocketChannel，设置非阻塞
3. 通道注册到 Selector，并绑定监听事件
4. 调用 select() 阻塞等待就绪事件
5. 遍历就绪集合，处理连接 / 读 / 写

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六、网络 NIO 核心逻辑（面试高频）

核心对比

• BIO：一个 Socket 连接 = 一个新线程
• NIO：一个 Selector 线程 管理 所有连接 Channel

关键配置

所有网络通道必须手动设置：

// 设置非阻塞模式
serverSocketChannel.configureBlocking(false);

简易 NIO 服务端结构（伪代码逻辑）

1. 开启 ServerSocketChannel
2. 绑定端口、非阻塞
3. 注册到 Selector，监听 ACCEPT
4. select () 阻塞等待
5. 有客户端接入 → 拿到 SocketChannel
6. SocketChannel 设为非阻塞，注册 READ 事件
7. 客户端发数据 → 触发 READ，读取 Buffer 处理

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七、NIO 关键特性总结

1. 面向**缓冲区 (Buffer)+ 通道 (Channel)**，而非单向流
2. 同步非阻塞：线程不会卡死等待 IO
3. 多路复用：Selector 单线程管理多连接
4. 双向通信：Channel 可读可写
5. 适合高并发连接场景，不适合大文件单次传输