Java NIO 核心组件概述

Java NIO（New I/O）通过非阻塞I/O模型提高高并发场景下的性能，核心组件包括：

• 缓冲区（Buffer）：临时存储数据的容器，支持读写操作。
• 通道（Channel）：连接数据源与缓冲区的双向数据传输管道。
• 选择器（Selector）：监控多个通道的事件（如连接、读写），实现单线程多路复用。

缓冲区的使用

缓冲区通过ByteBuffer、CharBuffer等类实现，操作流程如下：

1. 分配空间

   ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024); // 分配堆内存
   ByteBuffer directBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024); // 直接内存（减少拷贝）  
   

2. 写入数据

   buffer.put("Hello".getBytes());  
   buffer.flip(); // 切换为读模式（limit=position, position=0）  
   

3. 读取数据

   while (buffer.hasRemaining()) {  
       System.out.print((char) buffer.get());  
   }  
   buffer.clear(); // 清空缓冲区（position=0, limit=capacity）  
   

关键属性：

• position：当前读写位置。
• limit：可操作数据边界。
• capacity：缓冲区容量。

通道的操作

通道通过FileChannel、SocketChannel等类实现数据传输。

文件通道示例：

try (FileChannel inChannel = FileChannel.open(Paths.get("input.txt"));  
     FileChannel outChannel = FileChannel.open(Paths.get("output.txt"),  
         StandardOpenOption.CREATE, StandardOpenOption.WRITE)) {  
    inChannel.transferTo(0, inChannel.size(), outChannel); // 零拷贝文件传输  
}  

网络通道示例：

SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();  
socketChannel.configureBlocking(false); // 非阻塞模式  
socketChannel.connect(new InetSocketAddress("example.com", 80));  

选择器的多路复用

选择器通过监听通道事件实现高并发处理。

注册与监听流程：

1. 创建选择器

   Selector selector = Selector.open();  
   

2. 注册通道事件

   socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_CONNECT);  
   

3. 事件循环处理

   while (true) {  
       int readyChannels = selector.select(); // 阻塞直到事件就绪  
       Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();  
       for (SelectionKey key : keys) {  
           if (key.isReadable()) {  
               // 处理读事件  
           }  
           keys.remove(key);  
       }  
   }  
   

事件类型：

• OP_READ：数据可读。
• OP_WRITE：数据可写。
• OP_CONNECT：连接就绪。
• OP_ACCEPT：服务端接受连接。

实际应用场景

1. 高性能文件传输：结合FileChannel.transferTo()实现零拷贝。
2. 非阻塞网络通信：通过Selector管理多个SocketChannel，减少线程开销。
3. 自定义协议解析：使用ByteBuffer灵活处理二进制数据。

注意事项：

• 直接内存缓冲区（allocateDirect）适合高频I/O操作，但分配成本较高。
• 非阻塞模式下需处理未完成连接（finishConnect()）。
• 选择器的selectedKeys集合需手动移除已处理键。