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低级优化，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，以便大家能够快速地了解NIO类库和相关概念。

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，可以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处理的。在读取数据时，它是直接读到缓冲区中的；在写入数据时，写入到缓冲区中。任何时候访问NIO中的数据，都是通过缓冲区进行操作。

缓冲区实质上是一个数组。通常它是一个字节数组（ByteBuffer），也可以使用其他种类的数组。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以及维护读写位置（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，还有其他的一些缓冲区，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，具体如下。

◎ 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图2-8所示。

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.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，流只是在一个方向上移动（一个流必须是InputStream或者OutputStream的子类），而且通道可以用于读、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的类图继承关系如图2-9所示。

自顶向下看，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。

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，熟练地掌握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会不断地轮询注册在其上的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I/O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，这确实是个非常巨大的进步。

下面，我们通过NIO编程的序列图和源码分析来熟悉相关的概念，以便巩固我们前面所学的NIO基础知识。