Java I/O流中的NIO API是如何工作的？

java nio api是一种用于处理i/o操作的先进api，它提供了比传统阻塞i/o更好的性能和可伸缩性：缓冲区（buffers）：在应用程序和操作系统之间传输数据的内存区域。通道（channels）：抽象概念表示应用程序与i/o设备之间的连接。选择器（selectors）：用于轮询多个通道，以确定哪些通道已经准备好读写。

Java I/O流中的NIO API：彻底解析

简介

NIO(非阻塞I//O）API是Java中用于处理I/O操作的更高级别的API。它提供了比传统的阻塞I/O更好的性能和可伸缩性，特别是在处理大量连接或数据时。

NIO API的组成部分

NIO API由以下主要组件组成：

• 缓冲区（Buffers）：用于在应用程序和底层操作系统之间传输数据的内存区域。
• 通道（Channels）：抽象概念表示应用程序与I/O设备之间的连接。
• 选择器（Selectors）：用于轮询多个通道，以确定哪些通道已经准备好读写。

NIO的工作原理

基于事件循环的NIO操作：

1. 创建缓冲区和通道，初始化选择器。
2. 在选择器上注册感兴趣的事件(如可读或可写)。
3. 选择器轮询注册通道，以确定哪些通道已准备好处理数据。
4. 当准备好一个或多个通道时，选择器会唤醒应用程序线程。
5. 读取或写入数据，然后取消选择器上通道的注册。

实战案例

以下是使用NIO的一个 API编写简单服务器的示例：

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class NIOServer {

    private static final int PORT = 8080;
    private static List<SocketChannel> connectedSockets = new ArrayList<>();

    public static void main(String[] args) throws IOException {

        // 创建服务器套接字通道
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();

        // 将服务器通道绑定到端口
        serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(PORT));

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

        // 获取选择器
        Selector selector = Selector.open();

        // 在选择器中注册服务器通道，感兴趣的可接受事件
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

        // 事件循环
        while (true) {

            // 阻塞，直到至少有一个通道准备好了
            int readyChannels = selector.select();

            // 假如没有准备好的通道，则继续
            if (readyChannels == 0) {
                continue;
            }

            // 处理准备好的通道
            for (SelectionKey key : selector.selectedKeys()) {

                // 可接受事件
                if (key.isAcceptable()) {

                    // 接收传入的连接
                    SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();

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

                    // 在选择器中注册套接字通道，感兴趣的可读事件
                    socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

                    // 添加到已连接的连接连接字列表中
                    connectedSockets.add(socketChannel);
                }

                // 可读事件
                else if (key.isReadable()) {

                    SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();

                    // 读取数据
                    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                    int bytesRead = socketChannel.read(buffer);

                    // 若读取EOF，关闭套接字
                    if (bytesRead == -1) {
                        socketChannel.close();
                        connectedSockets.remove(socketChannel);
                    }

                    // 处理读取的数据
                    // ...

                }
            }

            // 清除已处理的键
            selector.selectedKeys().clear();
        }
    }
}

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在这个例子中，服务器监控8080端口，并接受客户端连接。当客户端连接时，它将被添加到已连接的连接字列表中。服务器使用选择器轮询连接的连接字，以确定哪些连接字已准备好读写数据。

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