一、為什么要引入java.nio包？

  Java 平臺傳統(tǒng)的I/O 系統(tǒng)都是基于Byte（字節(jié)）和Stream（數(shù)據流）的，相應的I/O 操
作都是阻塞型的，所以服務器程序也采用阻塞型I/O 進行數(shù)據的讀、寫操作。本文以TCP
長連接模式來討論并發(fā)型服務器的相關設計，為了實現(xiàn)服務器程序的并發(fā)性要求，系統(tǒng)由一
個單獨的主線程來監(jiān)聽用戶發(fā)起的連接請求，一直處于阻塞狀態(tài)；當有用戶連接請求到來時，
程序都會啟一個新的線程來統(tǒng)一處理用戶數(shù)據的讀、寫操作。

這種模式的優(yōu)點是簡單、實用、易管理；然而缺點也是顯而易見的：由于是為每一個客
戶端分配一個線程來處理輸入、輸出數(shù)據，其線程與客戶機的比例近似為1：1，隨著線程
數(shù)量的不斷增加，服務器啟動了大量的并發(fā)線程，會大大加大系統(tǒng)對線程的管理開銷，這將
成為吞吐量瓶頸的主要原因；其次由于底層的I/O 操作采用的同步模式，I/O 操作的阻塞管

理粒度是以服務于請求的線程為單位的,有可能大量的線程會閑置,處于盲等狀態(tài)，造成I/O
資源利用率不高，影響整個系統(tǒng)的性能。

對于并發(fā)型服務器，系統(tǒng)用在阻塞型I/O 等待和線程間切換的時間遠遠多于CPU 在內
存中處理數(shù)據的時間，因此傳統(tǒng)的阻塞型I/O 已經成為制約系統(tǒng)性能的瓶頸。Java1.4 版本
后推出的NIO 工具包，提供了非阻塞型I/O 的異步輸入輸出機制，為提高系統(tǒng)的性能提供
了可實現(xiàn)的基礎機制。

二、什么是nio？

  針對傳統(tǒng)I/O 工作模式的不足，NIO 工具包提出了基于Buffer（緩沖區(qū)）、Channel（通
道）、Selector（選擇器）的新模式；Selector（選擇器）、可選擇的Channel（通道）和
SelectionKey（選擇鍵）配合起來使用，可以實現(xiàn)并發(fā)的非阻塞型I/O 能力。

NIO 工具包的成員

 Buffer（緩沖器）
Buffer 類是一個抽象類，它有7 個子類分別對應于七種基本的數(shù)據類型：ByteBuffer、
CharBuffer、DoubleBuffer、FloatBuffer、IntBuffer、LongBuffer 和ShortBuffer。每一個Buffer
對象相當于一個數(shù)據容器，可以把它看作內存中的一個大的數(shù)組，用來存儲和提取所有基本
類型(boolean 型除外)的數(shù)據。Buffer 類的核心是一塊內存區(qū)，可以直接對其執(zhí)行與內存有關
的操作，利用操作系統(tǒng)特性和能力提高和改善Java 傳統(tǒng)I/O 的性能。

 Channel（通道）
Channel 被認為是NIO 工具包的一大創(chuàng)新點，是(Buffer)緩沖器和I/O 服務之間的通道，
具有雙向性，既可以讀入也可以寫出，可以更高效的傳遞數(shù)據。我們這里主要討論
ServerSocketChannel 和SocketChannel，它們都繼承了SelectableChannel，是可選擇的通道，
分別可以工作在同步和異步兩種方式下（這里的可選擇不是指可以選擇兩種工作方式，而是
指可以有選擇的注冊自己感興趣的事件）。當通道工作在同步方式時，它的功能和編程方法
與傳統(tǒng)的ServerSocket、Socket 對象相似；當通道工作在異步工作方式時，進行輸入輸出處
理不必等到輸入輸出完畢才返回，并且可以將其感興趣的（如：接受操作、連接操作、讀出
操作、寫入操作）事件注冊到Selector 對象上，與Selector 對象協(xié)同工作可以更有效率的支

持和管理并發(fā)的網絡套接字連接。
Selector（選擇器）和SelectionKey（選擇鍵）
各類 Buffer 是數(shù)據的容器對象；各類Channel 實現(xiàn)在各類Buffer 與各類I/O 服務間傳輸
數(shù)據。Selector 是實現(xiàn)并發(fā)型非阻塞I/O 的核心，各種可選擇的通道將其感興趣的事件注冊
到Selector 對象上，Selector 在一個循環(huán)中不斷輪循監(jiān)視這各些注冊在其上的Socket 通道。
SelectionKey 類則封裝了SelectableChannel 對象在Selector 中的注冊信息。當Selector 監(jiān)測
到在某個注冊的SelectableChannel 上發(fā)生了感興趣的事件時,自動激活產生一個SelectionKey
對象,在這個對象中記錄了哪一個SelectableChannel 上發(fā)生了哪種事件，通過對被激活的
SelectionKey 的分析,外界可以知道每個SelectableChannel 發(fā)生的具體事件類型,進行相應的

處理。

三、nio工作原理

  在并發(fā)型服務器程序中使用NIO，實際上是通過網絡事
件驅動模型實現(xiàn)的。我們應用Select 機制，不用為每一個客戶端連接新啟線程處理，而是將
其 注冊到特定的Selector 對象上，這就可以在單線程中利用Selector 對象管理大量并發(fā)的網絡連接，更好的利用了系統(tǒng)資源；采用非阻塞I/O 的通信方式，不要求阻塞等待I/O 操作完成即可返回，從而減少了管理I/O 連接導致的系統(tǒng)開銷，大幅度提高了系統(tǒng)性能。

當有讀或寫等任何注冊的事件發(fā)生時，可以從Selector 中獲得相應的
SelectionKey ， 從SelectionKey 中可以找到發(fā)生的事件和該事件所發(fā)生的具體的
SelectableChannel， 以獲得客戶端發(fā)送過來的數(shù)據。由于在非阻塞網絡I/O 中采用了事件觸發(fā)機制，處理程序可以得到系統(tǒng)的主動通知，從而可以實現(xiàn)底層網絡I/O 無阻塞、流暢地讀寫，而不像在原來的阻塞模式下處理程序需要不斷循環(huán)等待。使用NIO，可以編寫出性能更好、更易擴展的并發(fā)型服務器程序。