Java NIO

说到netty，不得不提的一个就是Java NIO。本文主要介绍JAVA NIO涉及到的一些基础概念以及对JAVA NIO的开发过程进行简单介绍。

基本概念

Java NIO，一般称为非阻塞IO，它基于多路复用模型。它有三个基本的概念：Channel（通道），Buffer（缓冲区），Selector（多路复用器）。

channel 通道

channel是一个全双工通道，不同于的流的地方，它可以同时用于读和写。因为它是全双工的，可以比流更好地映射底层操作系统的API，它代表了一个面向流的可监听读写事件的socket。 channel主要分为两大类，分别是用于网络读写的SelectableChannel和用于文件读写的FileChannel，其中SelectableChannel又提供了两个子类，分别是面向服务端的ServerSocketChannel和面向SocketChannel。

Buffer 缓冲区

在 Java NIO中，所有的数据都是通过缓冲区进行处理的。在读取的时候，将数据读取到缓冲区；在写入数据时，也是将数据写入到缓冲区的。最常用是缓冲区是ByteBuffer。

Selector

Selector是Java NIO中的多路复用器。 它的主要作用就是提供已经就绪的任务，Selector会不断轮询注册在其上的Channel，如果某个Channel上有新的连接接入、读和写事件，这个Channel就会被轮询出来，然后通过SelectionKey可以获取整个就绪的Channel集合，进行后续的IO操作。

可以将多个Channel注册到一个Selector上，使用一个线程处理所有的IO事件，也可以将多个Channel注册到多个Selector实例上，利用多线程的高性能处理IO事件。

编程步骤

服务端

Java NIO提供的API较为繁琐，此处就不上代码了，对于多路复用模型，服务端和前文中使用python编写的过程很类似，主要有以下几点：

• 创建一个负责监听新连接的socket
• 通过系统调用得到一个处于就绪状态的连接集合
• 创建一个循环用来轮询这个集合
• 判断事件类型。如果是Accept，则创建新的连接并为其注册事件，如果是读写数据，则作读写处理

下面是Java NIO服务端端的序列图：

1. 创建ServerSocketChannel，设置为非阻塞模式
2. 设置ServerSocketChannel参数，绑定监听地址
3. 创建一个线程，用来轮询多路复用器Selector
4. 将ServerSocketChannel注册到Selector，监听SelectionKey.Accept事件
5. 在循环中使用Selector.select()获取就绪状态的channel，对事件类型进行判断：
   • 如果是Accept事件，则调用ServerSocketChannel.accept()创建新的客户端连接，将其设置成非阻塞模式，并注册到Selector监听感兴趣的操作（read、write）
   • 如果是Read事件，则需构造ByteBuffer对象，读取数据包
   • 如果是Write事件，则继续发送数据包

客户端

1. 创建SocketChannel，设置成非阻塞，设置Tcp参数
2. 连接服务端，如果连接成功，则向selector注册读写事件，进行IO操作
3. 如果连接失败，则向selector注册CONNECT事件，轮询处理。

总结

Java NIO提供的接口使用起来较为复杂，netty封装了更为简单的方法，并且netty自身的线程模型也是实现更性能的关键，后面会做介绍。