Java NIO 入门

关于多路复用

很多人用过InputStream和OutputStream接口，用来操作文件、Socket等等 IO 操作。
如果是简单的，速度较快的 IO 操作，我们用Stream类的接口，依然可以风生水起。
如果你要使用非阻塞的 IO 的话，他们可能就满足不了你了。

熟悉操作系统的人会知道，操作非阻塞 IO 无非几种多路复用：

1. select

2. poll

3. epoll

4. kqueue

5. IOCP

这里的复用模型有几个是操作系统相关的——也就是说，并不是所有的操作系统都可以用，典型的就是IOCP是Windows的"专利"，kqueue是BSD的"专利"（比如macOS）。

那么 java 作为一门跨平台的语言解决方案，是如何在虚拟机上使用 non-blocking IO 的呢？
具体的实现我们可以不管，它使用了Selector的 API，调用方式非常类似select。

Channel & ByteBuffer vs Stream

在nio中，不再使用Stream API对Socket进行交互，而是使用Channel和ByteBuffer进行交互，
Channel负责管道的工作，ByteBuffer负责缓存的工作。

原先InputStream和OutputStream的工作就由Channel做掉了，如果这个Channel支持Select模型的话，它就是SelectableChannel的子类。
那么，在消息循环的模型中，首先要建立循环，像我们的Looper.loop()一样，我们先用Selector.open()新建一个Selector

Selector eventSelector = Selector.open();

// 设置这个 channel 是非阻塞的
socketChannel.configureBlocking(false);

// 注册到 selector 里，并设置好关心的事件
socketSelectionKey = socketChannel.register(eventSelector, SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE);

Selector

接下来调用 eventSelector.select() 阻塞，就能在你关心的事件到来的时候，阻塞就会被唤醒，处理事件。

sample:

while (connected) {
    eventSelector.select();
    Set<SelectionKey> keys = eventSelector.selectedKeys();
    Iterator<SelectionKey> iterator = keys.iterator();
    while (iterator.hasNext()) {
        SelectionKey key = iterator.next();
        if (key.isReadable()) {
            // 当 socket 可读
            internalOnRead((ReadableByteChannel) key.channel());
        }

        if (key.isWritable()) {
            // 当 socket 可写
            internalOnWrite((WritableByteChannel) key.channel());
        }
        iterator.remove();
    }
}

总结

nio 对于客户端的优势几乎没有，但是可以让代码更好管理; 如果这时候你使用的是ServerSocket，好处就立马体现了，因为你的业务需求很可能是这样：

1. master 线程，开启 accept.

2. 如果有客户接入，开启一个 worker，用来服务 client。

3. 服务完后，保持或者关闭这个连接。

（这个业务模型类似Apache httpd）这样的业务模型可能导致过多的线程开销，使得并发量并不高。

那么，老生常谈的event-driven的模型在java中，就差不多是这样的逻辑：

1. master 线程，开启 selector， 并为 ServerSocket 注册 accept, read, write 等事件。

2. 客户接入，为 client socket 注册 read, write 事件，依旧在该线程里面进行循环。

3. 当 event trigger 的时候，处理相关业务逻辑。

第二个模型只启动了一个线程，所有的IO操作都在 OS 里面完成了，用户空间内的资源消耗大大降低，这也是我们把 Server 端的 IO 改成 nio 的优势。