查看“NIO”的源代码

在 NIO（Nonblocking IO，非阻塞 IO）出现之前，Java 是通过传统的 Socket 来实现基本的网络通信功能的。

以服务端为例，其实现基本流程如图所示。
[[文件:Socket 使用流程.png|无|缩略图]]如果客户端还没有对服务端发起连接请求，那么 accept 就会阻塞[阻塞指的是暂停一个线程的执行以等待某个条件发生（例如某资源就绪）]。

如果连接成功，当数据还没有准备好的时候，对 read 的调用同样会阻塞。

当要处理多个连接的时候，就需要采用多线程的方式，由于每个线程都拥有自己的栈空间，而且由于阻塞会导致大量线程进行上下文切换，使得程序的运行效率非常低下。

因此在 J2SE 1.4 中引入了 NIO 来解决这个问题。


NIO 通过 Selector、Channels 和 Buffers 来实现非阻塞的 IO 操作。

NIO 是指 New I/O，既然有 New I/O，那么就会有 Old I/O，Old I/O 是指基于流的 I/O 方法。

NIO 是在 Java 1.4 中被纳入 JDK 中的，它最主要的特点是，提供了基于 Selector 的异步网络 I/O，使得一个线程可以管理多个连接。

基于 NIO 处理多个连接的结构图：
[[文件:NIO 结构图.png|无|缩略图|551x551像素]]在介绍 NIO 的原理之前，首先介绍几个重要的概念：Channel（通道）、Buffer（缓冲区）和 Selector（选择器）。


==== Channel（通道） ====
为了更容易地理解什么是 Channel，这里以 InputStream 为例来介绍什么是 Channel。

传统的 IO 中经常使用下面的代码来读取文件：<syntaxhighlight lang="java">
import java.io.*;

public class NIOTest {

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

        File file = new File("input.txt");
        InputStream is = new FileInputStream(file);
        byte[] b = new byte[1024];
        int read = 0;
        while ((read = is.read(b)) != -1) {
            //处理读取到的数据
        }
        is.close();

    }

}
</syntaxhighlight>InputStream 其实就是一个用来读取文件的通道。只不过 InputStream 是一个单向的通道，只能用来读取数据。

而 NIO 中的 Channel 是一个双向的通道，不仅能读取数据，而且还能写入数据。



==== Buffer（缓冲区） ====
在上面的示例代码中，InputStream 把读取到的数据放在了 byte 数组中，如果用 OutputStream 写数据，那么也可以把 byte 数组中的数据写到文件中。

而在 NIO 中，数据只能被写到 Buffer 中，同理，读取的数据也只能放在 Buffer 中，由此可见 Buffer 是 Channel 用来读写数据的非常重要的一个工具。



==== Selector（选择器） ====
Selector 是 NIO 中最重要的部分，是实现一个线程管理多个连接的关键，它的作用就是轮询所有被注册的 Channel，一旦发现 Channel 上被注册的事件发生，就可以对这个事件进行处理。


=== Buffer ===
在 Java NIO 中，Buffer 主要的作用就是与 Channel 进行交互。

它本质上是一块可读写数据的内存，这块内存中有很多可以存储 byte、int、char 等的小单元。

这块内存被包装成 NIO Buffer 对象，并提供了一组方法，来简化数据的读写。

在 Java NIO 中，核心的 Buffer 有7类，如图：
[[文件:Buffer 的类图.png|无|缩略图|947x947像素|Buffer 的类图]]
下面重点介绍 Buffer 中几个非常重要的属性：capacity、position 和 limit。

1）capacity 用来表示 Buffer 的容量，也就是刚开始申请的 Buffer 的大小。

2）position 表示下一次读（写）的位置。

在写数据到 Buffer 中时，position 表示当前可写的位置。初始的 position 值为0。

当写入一个数据（例如 int 或 short）到 Buffer 后，position 会向前移动到下一个可插入数据的 Buffer 单元。

position 最大的值为 capacity - 1。


在读取数据时，也是从某个位置开始读。当从 Buffer 的 position 处读取数据完成时，position 也会从向前位置移动到下一个可读的位置。

buffer 从写入模式变为读取模式时，position 会归零，每次读取后，position 向后移动。


3）limit 表示本次读（写）的极限位置。

在写入数据时，limit 表示最多能往 Buffer 里写入多少数据，它等同于 buffer 的容量。

在读取数据时，limit 表示最多能读到多少数据，也就是说 position 移动到 limit 时读操作会停止。它的值等同于写模式下 position 的位置。

为了更容易地理解这三个属性之间的关系，用下图来说明：
[[文件:Buffer 的内部原理.png|无|缩略图|756x756像素]]
在理解了 Buffer 的内部实现原理后，下面重点介绍如何使用 Buffer。

（1）申请 Buffer

在使用 Buffer 前必须先申请一块固定大小的内存空间来供 Buffer 使用，这个工作可以通过 Buffer 类提供的 allocate() 方法来实现。