《Netty 权威指南》—— NIO类库简介

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在介绍NIO编程之前，我们首先需要澄清一个概念，NIO到底是什么的简称？有人称之为New IO，因为它相对于之前的IO类库是新增的，所以被称为New IO，这是它的官方叫法。但是，由于之前老的IO类库是阻塞IO，New IO类库的目标就是要让JAVA支持非阻塞IO，所以，更多的人喜欢称之为非阻塞IO（Non-block IO），由于非阻塞IO更能够体现NIO的特点，所以本书使用的NIO都指的是非阻塞IO。

与Socket类和ServerSocket类相对应，NIO也提供了SocketChannel和ServerSocketChannel两种不同的套接字通道实现。这两种新增的通道都支持阻塞和非阻塞两种模式。阻塞模式使用非常简单，但是性能和可靠性都不好，非阻塞模式正好相反。开发人员一般可以根据自己的需要来选择合适的模式，一般来说，低负载、低并发的应用程序可以选择同步阻塞IO以降低编程复杂度。但是对于高负载、高并发的网络应用，需要使用NIO的非阻塞模式进行开发。
下面的小节首先介绍NIO编程中的一些基本概念，然后通过NIO服务端的序列图和源码讲解，让大家快速的熟悉NIO编程的关键步骤和API的使用。如果你已经熟悉了NIO编程，可以跳过2.3章节继续学习后面的章节。

2.3.1. NIO类库简介

新的输入/输出 (NIO) 库是在 JDK 1.4 中引入的。NIO 弥补了原来同步阻塞I/O 的不足，它在标准 Java 代码中提供了高速的、面向块的 I/O。通过定义包含数据的类，以及通过以块的形式处理这些数据，NIO 不用使用本机代码就可以利用底层优化，这是原来的 I/O 包所无法做到的。下面我们对NIO的一些概念和功能做下简单介绍，以便大家能够快速的了解NIO类库和相关概念。

2.3.1.1. 缓冲区Buffer

我们首先介绍缓冲区（Buffer）的概念，Buffer 是一个对象， 它包含一些要写入或者要读出的数据。 在 NIO类库 中加入 Buffer 对象，体现了新库与原 I/O 的一个重要区别。在面向流的 I/O 中，我们将数据直接写入或者将数据直接读到 Stream 对象中。
在 NIO 库中，所有数据都是用缓冲区进行处理的。在读取数据时，它是直接读到缓冲区中；在写入数据时，它也是写入到缓冲区中。任何时候访问 NIO 中的数据，我们都是通过缓冲区进行读写操作。
缓冲区实质上是一个数组。通常它是一个字节数组（ByteBuffer），也可以使用其它种类的数组。但是一个缓冲区不仅仅是一个数组，缓冲区提供了对数据的结构化访问，及维护读写位置（limit）等信息。
最常用的缓冲区是ByteBuffer，一个ByteBuffer提供了一组功能用于操作byte数组。除了ByteBuffer，还有其它的一些缓冲区，事实上，每一种Java基本类型(除了Boolean类型)都对应有一种缓冲区，如下所示：

• ByteBuffer：字节缓冲区
• CharBuffer：字符缓冲区
• ShortBuffer：短整型缓冲区
• IntBuffer：整形缓冲区
• LongBuffer：长整形缓冲区
• FloatBuffer：浮点型缓冲区
• DoubleBuffer：双精度浮点型缓冲区

缓冲区的类图继承关系如下所示：

Buffer继承关系图

每一个Buffer类都是Buffer接口的一个子实例。除了 ByteBuffer，每一个 Buffer 类都有完全一样的操作，只是它们所处理的数据类型不一样。因为大多数标准I/O操作都使用ByteBuffer，所以它除了具有一般缓冲区的操作之外还提供一些特有的操作，方便网络读写。

2.1.1.2. 通道Channel

Channel是一个通道，可以通过它读取和写入数据，它就像自来水管一样，网络数据通过Channel读取和写入。通道与流的不同之处在于通道是双向的。而流只是在一个方向上移动(一个流必须是 InputStream 或者 OutputStream 的子类)，而通道可以用于读、写或者同时用于读写。

因为Channel是全双工的，所以它可以比流更好地映射底层操作系统的API。特别是在UNIX网络编程模型中，底层操作系统的通道都是全双工的，同时支持读写操作。

Channel的类图继承关系如下：

Channel继承关系类图

自顶向下，前三层主要是Channel接口，用于定义它的功能，后面是一些具体的功能类（抽象类），从类图可以看出，实际上Channel可以分为两大类，分别是用于网络读写的SelectableChannel和用于文件操作的FileChannel。

本书涉及的ServerSocketChannel和SocketChannel都是SelectableChannel的子类，关于它们的具体用法将在后续的代码中体现。

2.1.1.3.多路复用器Selector

在本节中，我们将探索多路复用器Selector，它是JAVA NIO编程的基础，熟练的掌握Selector对于掌握NIO编程至关重要。多路复用器提供选择已经就绪的任务的能力。简单来讲，Selector会不断的轮询注册在其上的Channel，如果某个Channel上面有新的TCP连接接入、读和写事件，这个Channel就处于就绪状态，会被Selector轮询出来，然后通过SelectionKey可以获取就绪Channel的集合进行后续的IO操作。

一个多路复用器Selector可以同时轮询多个Channel，由于JDK使用了epoll()代替传统的select实现，所以它并没有最大连接句柄1024/2048的限制。这也就意味着只需要一个线程负责Selector的轮询，就可以接入成千上万的客户端，这的确是一个巨大的改进。