Java NIO 原理图文分析

目录：
一．java NIO 和阻塞 I/O 的区别
1. 阻塞 I/O 通信模型
2. java NIO 原理及通信模型
二．java NIO 服务端和客户端代码实现

**具体分析： **

一．java NIO 和阻塞 I/O 的区别

1. 阻塞 I/O 通信模型

假如现在你对阻塞 I/O 已有了一定了解，我们知道阻塞 I/O 在调用 InputStream.read()方法时是阻塞的，它会一直等到数据到来时（或超时）才会返回；同样，在调用 ServerSocket.accept()方法时，也会一直阻塞到有客户端连接才会返回，每个客户端连接过来后，服务端都会启动一个线程去处理该客户端的请求。阻塞 I/O 的通信模型示意图如下：

如果你细细分析，一定会发现阻塞 I/O 存在一些缺点。根据阻塞 I/O 通信模型，我总结了它的两点缺点：
1. 当客户端多时，会创建大量的处理线程。且每个线程都要占用栈空间和一些 CPU 时间

2. 阻塞可能带来频繁的上下文切换，且大部分上下文切换可能是无意义的。

在这种情况下非阻塞式 I/O 就有了它的应用前景。

**2. ****java NIO 原理及通信模型 **

Java NIO 是在 jdk1.4 开始使用的，它既可以说成“新 I/O”，也可以说成非阻塞式 I/O。下面是 java NIO 的工作原理：

1. 由一个专门的线程来处理所有的 IO 事件，并负责分发。
2. 事件驱动机制：事件到的时候触发，而不是同步的去监视事件。
3. 线程通讯：线程之间通过 wait,notify 等方式通讯。保证每次上下文切换都是有意义的。减少无谓的线程切换。

阅读过一些资料之后，下面贴出我理解的 java NIO 的工作原理图：

（注：每个线程的处理流程大概都是读取数据、解码、计算处理、编码、发送响应。）

Java NIO 的服务端只需启动一个专门的线程来处理所有的 IO 事件，这种通信模型是怎么实现的呢？呵呵，我们一起来探究它的奥秘吧。java NIO 采用了双向通道（channel）进行数据传输，而不是单向的流（stream），在通道上可以注册我们感兴趣的事件。一共有以下四种事件：

| 事件名 | 对应值 |
| 服务端接收客户端连接事件 | SelectionKey.OP_ACCEPT(16) |
| 客户端连接服务端事件 | SelectionKey.OP_CONNECT(8) |
| 读事件 | SelectionKey.OP_READ(1) |
| 写事件 | SelectionKey.OP_WRITE(4) |

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服务端和客户端各自维护一个管理通道的对象，我们称之为 selector，该对象能检测一个或多个通道 (channel) 上的事件。我们以服务端为例，如果服务端的 selector 上注册了读事件，某时刻客户端给服务端发送了一些数据，阻塞 I/O 这时会调用 read()方法阻塞地读取数据，而 NIO 的服务端会在 selector 中添加一个读事件。服务端的处理线程会轮询地访问 selector，如果访问 selector 时发现有感兴趣的事件到达，则处理这些事件，如果没有感兴趣的事件到达，则处理线程会一直阻塞直到感兴趣的事件到达为止。下面是我理解的 java NIO 的通信模型示意图：

来源: http://weixiaolu.iteye.com/blog/1479656