51工具盒子# （一）引言 {#一-引言}
IO流是Java中比较难理解的一个知识点，但是IO流在实际的开发场景中经常会使用到，比如Dubbo底层就是NIO进行通讯。本文将介绍Java发展过程中出现的三种IO：BIO、NIO以及AIO，重点介绍NIO。
# （二）什么是BIO {#二-什么是bio}
BIO即同步阻塞IO，实现模型为一个连接就需要一个线程去处理。这种方式简单来说就是当有客户端来请求服务器时，服务器就会开启一个线程去处理这个请求，即使这个请求不干任何事情，这个线程都一直处于阻塞状态。
BIO模型有很多缺点，最大的缺点就是资源的浪费。想象一下如果QQ使用BIO模型，当有一个人上线时就需要一个线程，即使这个人不聊天，这个线程也一直被占用，那再多的服务器资源都不管用。
# （三）BIO代码实践 {#三-bio代码实践}
我们通过socket模拟BIO的实现逻辑
首先建立Server，建立一个ServerSocket对象，绑定端口，然后等待连接，如果连接成功就新建一个线程去处理连接。
public class server {
private static Socket socket=null;
public static void main(String[] args) {
try {
//绑定端口
ServerSocket serverSocket=new ServerSocket();
serverSocket.bind(new InetSocketAddress(8080));
while (true){
//等待连接 阻塞
System.out.println("等待连接");
socket = serverSocket.accept();
System.out.println("连接成功");
//连接成功后新开一个线程去处理这个连接
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
byte[] bytes=new byte[1024];
try {
System.out.println("等待读取数据");
//等待读取数据 阻塞
int length=socket.getInputStream().read(bytes);
System.out.println(new String(bytes,0,length));
System.out.println("数据读取成功");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
接着建立Client代码
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Socket socket= null;
try {
socket = new Socket("127.0.0.1",8080);
socket.getOutputStream().write("一条数据".getBytes());
socket.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
客户端的代码就连接一个服务器，然后发出一条数据即可。
这样就实现了一个BIO,但是BIO的缺点实在太明显了，因此在JDK1.4的时候，NIO出现了。
# （四）什么是NIO {#四-什么是nio}
BIO是阻塞的，如果没有多线程，BIO就需要一直占用CPU，而NIO则是非阻塞IO，NIO在获取连接或者请求时，即使没有取得连接和数据，也不会阻塞程序。NIO的服务器实现模式为一个线程可以处理多个请求（连接）。
NIO有几个知识点需要掌握，Channel(通道) ，Buffer(缓冲区) , Selector（多路复用选择器）。
Channel既可以用来进行读操作，又可以用来进行写操作。NIO中常用的Channel有FileChannel 、SocketChannel、ServerSocketChannel、DatagramChannel。
Buffer缓冲区用来发送和接受数据。
Selector 一般称为选择器或者多路复用器 。它是Java NIO核心组件中的一个，用于检查一个或多个NIO Channel（通道）的状态是否处于可读、可写。在javaNIO中使用Selector往往是将Channel注册到Selector中。
下面我通过代码的方式模拟javaNIO的运行流程。
# （五）NIO代码实践 {#五-nio代码实践}
首先贴上NIO的实践代码：
NIO服务端详细的执行过程是这样的：
1、创建一个ServerSocketChannel和Selector，然后将ServerSocketChannel注册到Selector上
2、Selector通过select方法去轮询监听channel事件，如果有客户端要连接时，监听到连接事件。
3、通过channel方法将socketchannel绑定到ServerSocketChannel上，绑定通过SelectorKey实现。
4、socketchannel注册到Selector上，关心读事件。
5、Selector通过select方法去轮询监听channel事件，当监听到有读事件时，ServerSocketChannel通过绑定的SelectorKey定位到具体的channel，读取里面的数据。
public class NioServer {
public static void main(String[] args) throws IOException {
//创建一个socket通道，并且设置为非阻塞的方式
ServerSocketChannel serverSocketChannel=ServerSocketChannel.open();
serverSocketChannel.configureBlocking(false);
serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9000));
//创建一个selector选择器，把channel注册到selector选择器上
Selector selector=Selector.open();
serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
while (true){
System.out.println("等待事件发生");
selector.select();
System.out.println("有事件发生了");
Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator();
while (iterator.hasNext()){
SelectionKey key = iterator.next();
iterator.remove();
handle(key);
}
}
}
private static void handle(SelectionKey key) throws IOException {
if (key.isAcceptable()){
System.out.println("连接事件发生");
ServerSocketChannel serverSocketChannel= (ServerSocketChannel) key.channel();
//创建客户端一侧的channel，并注册到selector上
SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
socketChannel.configureBlocking(false);
socketChannel.register(key.selector(),SelectionKey.OP_READ);
}else if (key.isReadable()){
System.out.println("数据可读事件发生");
SocketChannel socketChannel= (SocketChannel) key.channel();
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
int len = socketChannel.read(buffer);
if (len!=-1){
System.out.println("读取到客户端发送的数据："+new String(buffer.array(),0,len));
}
//给客户端发送信息
ByteBuffer wrap = ByteBuffer.wrap("hello world".getBytes());
socketChannel.write(wrap);
key.interestOps(SelectionKey.OP_READ|SelectionKey.OP_WRITE);
socketChannel.close();
}
}
}
客户端代码：NIO客户端代码的实现比BIO复杂很多，主要的区别在于，NIO的客户端也需要去轮询自己和服务端的连接情况。
public class NioClient {
public static void main(String[] args) throws IOException {
//配置基本的连接参数
SocketChannel channel=SocketChannel.open();
channel.configureBlocking(false);
Selector selector = Selector.open();
channel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1",9000));
channel.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT);
//轮询访问selector
while(true){
selector.select();
Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator();
while (iterator.hasNext()){
SelectionKey key = iterator.next();
iterator.remove();
//连接事件发生
if (key.isConnectable()){
SocketChannel socketChannel= (SocketChannel) key.channel();
//如果正在连接，则完成连接
if (socketChannel.isConnectionPending()){
socketChannel.finishConnect();
}
socketChannel.configureBlocking(false);
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap("客户端发送的数据".getBytes());
socketChannel.write(buffer);
socketChannel.register(selector,SelectionKey.OP_READ);
}else if (key.isReadable()){
//读取服务端发送过来的消息
read(key);
}
}
}
}
private static void read(SelectionKey key) throws IOException {
SocketChannel socketChannel= (SocketChannel) key.channel();
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(512);
int len=socketChannel.read(buffer);
if (len!=-1){
System.out.println("客户端收到信息："+new String(buffer.array(),0,len));
}
}
}
效果大概是这样的：首先服务端等待事件发生，当客户端启动时，服务器端先接受到连接的请求，接着接受到数据读取的请求，读完数据后继续等待。
客户端发送数据后，获取到了来自服务端的回复。
# （六）NIO总结 {#六-nio总结}
NIO通过一个Selector，负责监听各种IO事件的发生，然后交给后端的线程去处理。NIO相比与BIO而言，非阻塞体现在轮询处理上。BIO后端线程需要阻塞等待客户端写数据，如果客户端不写数据就一直处于阻塞状态。而NIO通过Selector进行轮询已注册的客户端，当有事件发生时才会交给后端去处理，后端线程不需要等待。
# （七）什么是AIO {#七-什么是aio}
AIO是在JDK1.7中推出的新的IO方式--异步非阻塞IO，也被称为NIO2.0，AIO在进行读写操作时，直接调用API的read和write方法即可，这两种均是异步的方法，且完成后会主动调用回调函数。简单来讲，当有流可读取时，操作系统会将可读的流传入read方法的缓冲区，并通知应用程序；对于写操作而言，当操作系统将write方法传递的流写入完毕时，操作系统主动通知应用程序。
Java提供了四个异步通道：AsynchronousSocketChannel、AsynchronousServerSocketChannel、AsynchronousFileChannel、AsynchronousDatagramChannel。
# （八）AIO代码实践 {#八-aio代码实践}
服务器端代码：AIO的创建方式和NIO类似，先创建通道，再绑定，再监听。只不过AIO中使用了异步的通道。
public class AIOServer {
public static void main(String[] args) {
try {
//创建异步通道
AsynchronousServerSocketChannel serverSocketChannel=AsynchronousServerSocketChannel.open();
serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));
System.out.println("等待连接中");
//在AIO中，accept有两个参数，
// 第一个参数是一个泛型，可以用来控制想传递的对象
// 第二个参数CompletionHandler，用来处理监听成功和失败的逻辑
// 如此设置监听的原因是因为这里的监听是一个类似于递归的操作，每次监听成功后要开启下一个监听
serverSocketChannel.accept(null, new CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel, Object>() {
//请求成功处理逻辑
@Override
public void completed(AsynchronousSocketChannel result, Object attachment) {
System.out.println("连接成功，处理数据中");
//开启新的监听
serverSocketChannel.accept(null,this);
handledata(result);
}
@Override
public void failed(Throwable exc, Object attachment) {
System.out.println("失败");
}
});
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(Integer.MAX_VALUE);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
private static void handledata(AsynchronousSocketChannel result) {
ByteBuffer byteBuffer=ByteBuffer.allocate(1024);
//通道的read方法也带有三个参数
//1.目的地：处理客户端传递数据的中转缓存，可以不使用
//2.处理客户端传递数据的对象
//3.处理逻辑，也有成功和不成功的两个写法
result.read(byteBuffer, byteBuffer, new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {
@Override
public void completed(Integer result, ByteBuffer attachment) {
if (result>0){
attachment.flip();
byte[] array = attachment.array();
System.out.println(new String(array));
}
}
@Override
public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {
System.out.println("失败");
}
});
}
}
客户端代码基本上没有太多差别，主要还是实现数据的发送功能
public class AIOClient {
public static void main(String[] args) {
try {
AsynchronousSocketChannel socketChannel=AsynchronousSocketChannel.open();
socketChannel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1",8080));
Scanner scanner=new Scanner(System.in);
String next = scanner.next();
ByteBuffer byteBuffer=ByteBuffer.allocate(1024);
byteBuffer.put(next.getBytes());
byteBuffer.flip();
socketChannel.write(byteBuffer);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
观察结果：
