NIO（Non-blocking I/O，非阻塞I/O）是Java中用于高效处理I/O操作的API。与传统的BIO（Blocking I/O，阻塞I/O）相比，NIO提供了非阻塞、事件驱动和基于通道的I/O操作，能够更好地支持高并发和高性能的应用场景。

NIO的核心组件

通道（Channel）

通道是数据的传输管道，支持双向读写操作。常见的通道类型如下：

• FileChannel：用于文件I/O；

• SocketChannel：用于TCP网络通信；

• ServerSocketChannel：用于监听TCP连接；

• DatagramChannel：用于UDP网络通信。

缓冲区（Buffer）

缓冲区是数据的临时存储区域，用于在通道和程序之间传输数据。常见的缓冲区类型如下：

• ByteBuffer：存储字节数据；

• CharBuffer：存储字符数据；

• IntBuffer：存储整数数据。

选择器（Selector）

• 选择器用于监听多个通道的事件（如连接、读、写等），实现单线程管理多个通道。通过选择器，可以实现非阻塞I/O和事件驱动模型。

NIO的工作原理

NIO的核心思想是通过通道、缓冲区和选择器实现非阻塞I/O操作。

非阻塞模式

• 在NIO中，通道可以设置为非阻塞模式。在这种模式下，I/O操作不会阻塞线程，即使没有数据可读或可写，线程也可以继续执行其他任务。通过如下方式设置为非阻塞模式：

  SocketChannel channel = SocketChannel.open();
  channel.configureBlocking(false); // 设置为非阻塞模式

缓冲区读写

• 数据通过缓冲区在通道和程序之间传输。

  ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024); // 分配缓冲区
  int bytesRead = channel.read(buffer); // 从通道读取数据到缓冲区
  buffer.flip(); // 切换为读模式
  while (buffer.hasRemaining()) {
      System.out.print((char) buffer.get()); // 读取缓冲区数据
  }
  buffer.clear(); // 清空缓冲区

选择器与事件驱动

• 选择器通过监听通道的事件（如OP_READ、OP_WRITE、OP_CONNECT、OP_ACCEPT），实现事件驱动的I/O操作。

  Selector selector = Selector.open(); // 创建选择器
  channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ); // 注册通道到选择器
  while (true) {
      int readyChannels = selector.select(); // 等待事件
      if (readyChannels == 0) continue;
      Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys(); // 获取事件集合
      Iterator<SelectionKey> keyIterator = selectedKeys.iterator();
      while (keyIterator.hasNext()) {
          SelectionKey key = keyIterator.next();
          if (key.isReadable()) {
              // 处理读事件
          } else if (key.isWritable()) {
              // 处理写事件
          }
          keyIterator.remove(); // 移除已处理的事件
      }
  }

NIO的优点

• 非阻塞I/O：线程不会被I/O操作阻塞，适合高并发场景；

• 事件驱动：通过选择器监听多个通道的事件，减少线程开销；

• 高性能：通过缓冲区和零拷贝技术，提高数据传输效率。

NIO的缺点

• 编程复杂：NIO的API比BIO复杂，需要处理缓冲区、选择器等细节；

• 调试困难：非阻塞和事件驱动模型增加了调试的难度；

• 不适合简单场景：对于简单的I/O操作，NIO可能不如BIO直观和高效。

NIO的应用场景

• 高并发服务器：如Web服务器、聊天服务器；

• 文件传输：如大文件的高效读写；

• 实时通信：如音视频流媒体。

示例代码

以下是一个简单的NIO服务器示例：

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.*;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;

public class NIOServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建ServerSocketChannel
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8080));
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);

        // 创建Selector
        Selector selector = Selector.open();
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

        while (true) {
            selector.select(); // 等待事件
            Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
            Iterator<SelectionKey> keyIterator = selectedKeys.iterator();
            while (keyIterator.hasNext()) {
                SelectionKey key = keyIterator.next();
                if (key.isAcceptable()) {
                    // 处理连接事件
                    SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
                    socketChannel.configureBlocking(false);
                    socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                } else if (key.isReadable()) {
                    // 处理读事件
                    SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();
                    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                    int bytesRead = socketChannel.read(buffer);
                    if (bytesRead > 0) {
                        buffer.flip();
                        byte[] data = new byte[buffer.remaining()];
                        buffer.get(data);
                        System.out.println("Received: " + new String(data));
                    }
                }
                keyIterator.remove();
            }
        }
    }
}