在Java NIO（New Input/Output）中，Selector、Channel和Buffer是三个核心概念，它们共同构成了NIO的高效非阻塞I/O模型。
示例：非阻塞服务
1. 概念解释
-
Channel：Channel是NIO中的基本I/O操作抽象。它表示到实体（如一个硬件设备、一个文件、一个网络套接字或能进行一种或多种不同的I/O操作的程序组件）的开放连接，如读操作和写操作。
-
Buffer：Buffer是一个用于特定数据类型的容器。它是NIO数据传输的基础，所有的I/O操作都是通过缓冲区进行的。缓冲区实质上是一个数组，通常是一个字节数组，但它不仅仅是一个数组，缓冲区还提供了对数据的结构化访问，并可以跟踪系统的读/写进程。
-
Selector：Selector允许单个线程处理多个Channel。如果你的应用程序需要同时处理多个Channel（例如，处理多个网络连接），使用Selector会是一个很好的选择。Selector会不断地轮询注册在其上的Channel，如果某个Channel上面有新的连接、读或者写事件，这个Channel就被认为是就绪的，Selector会返回这些就绪的Channel。
2. 示例代码
以下是一个简单的非阻塞服务器示例，它使用Selector、ServerSocketChannel和ByteBuffer来接收客户端连接并读取数据。
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Iterator;public class NIOServer {public static void main(String[] args) throws IOException {// 打开一个SelectorSelector selector = Selector.open();// 打开一个ServerSocketChannelServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();serverChannel.configureBlocking(false); // 设置为非阻塞模式serverChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8080)); // 绑定端口// 将ServerSocketChannel注册到Selector上，监听连接事件serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);// 创建一个缓冲区，用于读取数据ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);while (true) {// 选择器等待就绪的Channelselector.select();// 获取就绪的SelectionKey集合Iterator<SelectionKey> keyIterator = selector.selectedKeys().iterator();while (keyIterator.hasNext()) {SelectionKey key = keyIterator.next();keyIterator.remove(); // 从集合中移除当前key，防止重复处理// 检查key的状态if (key.isAcceptable()) {// 接受新的连接ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel();SocketChannel clientChannel = server.accept();clientChannel.configureBlocking(false); // 设置为非阻塞模式// 注册新的SocketChannel到Selector上，监听读事件clientChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);System.out.println("Accepted new connection from client: " + clientChannel.getRemoteAddress());} else if (key.isReadable()) {// 读取数据SocketChannel clientChannel = (SocketChannel) key.channel();buffer.clear(); // 清空缓冲区int bytesRead = clientChannel.read(buffer); // 读取数据到缓冲区if (bytesRead > 0) {buffer.flip(); // 切换为读模式while (buffer.hasRemaining()) {System.out.print((char) buffer.get()); // 打印读取的数据}buffer.clear(); // 准备下一次读取} else if (bytesRead == -1) {// 客户端关闭连接clientChannel.close();}}}}}
}
3. 解释
-
打开Selector：
Selector.open()方法用于打开一个新的Selector实例。 -
打开ServerSocketChannel：
ServerSocketChannel.open()方法用于打开一个新的ServerSocketChannel实例，它表示服务器端的套接字。 -
配置非阻塞模式：
configureBlocking(false)方法将Channel设置为非阻塞模式。在非阻塞模式下，I/O操作会立即返回，而不会等待操作完成。 -
绑定端口：
socket().bind(new InetSocketAddress(8080))方法将ServerSocketChannel绑定到指定的端口（8080）。 -
注册Selector：
register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT)方法将ServerSocketChannel注册到Selector上，并指定它感兴趣的事件类型（在这里是接受连接事件）。 -
轮询Selector：
selector.select()方法会阻塞当前线程，直到至少有一个通道在你注册的事件上就绪了。 -
处理就绪的Channel：通过遍历
selector.selectedKeys()集合，获取就绪的SelectionKey，并根据key的状态进行相应的处理（如接受连接、读取数据等）。 -
使用Buffer读取数据：
clientChannel.read(buffer)方法将数据从Channel读取到Buffer中。buffer.flip()方法用于切换Buffer的读/写模式。buffer.get()方法用于从Buffer中读取数据。
通过上述解析，我们可以看到Selector、Channel和Buffer是如何协同工作的，以实现一个高效的非阻塞服务器。Selector用于监听多个Channel的状态，Channel负责实际的I/O操作，而Buffer则作为数据传输的容器。这种模型使得单个线程能够处理多个网络连接，从而大大提高了程序的并发性能和I/O操作效率。
