Java I/O流中的NIO API是如何運作的？

Java NIO API是一種用於處理I/O操作的先進API，它提供比傳統阻塞I/O更好的效能和可擴展性：緩衝區（Buffers）：在應用程式和作業系統之間傳輸資料的記憶體區域。通道（Channels）：抽象概念，表示應用程式和I/O裝置之間的連接。選擇器（Selectors）：用於輪詢多個通道，以確定哪些通道已準備好讀寫。

Java I/O流中的NIO API：徹底解析

簡介

NIO（非阻塞I/O）API是Java中用來處理I/O作業的更高等級API。它提供了比傳統的阻塞I/O更好的效能和可擴展性，特別是在處理大量連接或資料時。

NIO API的組成部分

NIO API由以下主要元件組成：

• 緩衝區（Buffers）：用於在應用程式和底層作業系統之間傳輸資料的記憶體區域。
• 通道（Channels）：抽象概念，表示應用程式和I/O裝置之間的連接。
• 選擇器（Selectors）：用於輪詢多個通道，以決定哪些通道已準備好讀寫。

NIO的工作原理

NIO的操作是基於事件循環：

1. 建立緩衝區和通道，初始化選擇器。
2. 在選擇器上註冊感興趣的事件（例如，可讀或可寫入）。
3. 選擇器輪詢已註冊的通道，以決定哪些通道已準備好處理資料。
4. 當一個或多個通道準備好時，選擇器會喚醒應用程式執行緒。
5. 應用程式讀取或寫入數據，然後取消選擇器上通道的註冊。

實戰案例

以下是使用NIO API寫簡單伺服器的範例：

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class NIOServer {

    private static final int PORT = 8080;
    private static List<SocketChannel> connectedSockets = new ArrayList<>();

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

        // 创建服务器套接字通道
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();

        // 将服务器通道绑定到端口
        serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(PORT));

        // 设置非阻塞模式
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);

        // 获取选择器
        Selector selector = Selector.open();

        // 将服务器通道注册到选择器，感兴趣的可接受事件
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

        // 事件循环
        while (true) {

            // 阻塞，直到至少有一个通道准备好
            int readyChannels = selector.select();

            // 如果没有准备好的通道，则继续
            if (readyChannels == 0) {
                continue;
            }

            // 处理准备好的通道
            for (SelectionKey key : selector.selectedKeys()) {

                // 可接受事件
                if (key.isAcceptable()) {

                    // 接受传入的连接
                    SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();

                    // 设置非阻塞模式
                    socketChannel.configureBlocking(false);

                    // 将套接字通道注册到选择器，感兴趣的可读事件
                    socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

                    // 添加到已连接套接字列表
                    connectedSockets.add(socketChannel);
                }

                // 可读事件
                else if (key.isReadable()) {

                    SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();

                    // 读取数据
                    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                    int bytesRead = socketChannel.read(buffer);

                    // 如果读取到EOF，则关闭套接字
                    if (bytesRead == -1) {
                        socketChannel.close();
                        connectedSockets.remove(socketChannel);
                    }

                    // 处理读取到的数据
                    // ...

                }
            }

            // 清除已处理的键
            selector.selectedKeys().clear();
        }
    }
}

在這個範例中，伺服器監聽8080端口，並接受客戶端連接。當一個客戶端連接後，它將被添加到已連接套接字清單中。伺服器使用選擇器輪詢已連接的套接字，以決定哪些套接字已準備好讀寫資料。

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