NIO多路复用机制

Java NIO（Non-blocking I/O或New I/O）是Java提供的用于执行非阻塞I/O操作的API，它极大地增强了Java在处理网络通信和文件系统访问方面的能力。NIO的核心之一就是多路复用机制（Multiplexing），这使得一个线程能够管理多个通道（Channel）的I/O操作。

Java NIO的关键组件

1. Buffer（缓冲区）：数据被存储于Buffer对象中，所有的读写操作都围绕着Buffer进行。
2. Channel（通道）：与传统的流（Stream）不同，Channel支持双向传输，可以同时进行读写操作，并且是非阻塞的。
3. Selector（选择器）：这是实现多路复用的核心组件。通过Selector，一个线程可以监听多个Channel的事件（如连接建立、数据到达等），从而有效地管理大量的I/O操作而不必为每个Channel创建单独的线程。

多路复用的工作原理

• 注册Channel到Selector：首先，需要将你感兴趣的Channel注册到Selector上，并指定你关心的事件类型（比如可读、可写等）。

• 轮询事件：然后，调用Selector的select()方法来查询已经准备好的Channel。这个方法会阻塞直到至少有一个通道准备好执行I/O操作或者超时发生。

• 处理事件：一旦有事件准备好，可以通过调用selectedKeys()方法获取所有已就绪的SelectionKey集合，接着遍历这些SelectionKey并根据它们所关联的事件类型对相应的Channel进行读取或写入操作。

代码示例

使用NIO进行服务器端的多路复用的简单例子：

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 {
        Selector selector = Selector.open();
        ServerSocketChannel serverSocket = ServerSocketChannel.open();
        serverSocket.bind(new InetSocketAddress(8080));
        serverSocket.configureBlocking(false);
        serverSocket.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

        while (true) {
            if (selector.select() > 0) {
                Iterator<SelectionKey> it = selector.selectedKeys().iterator();
                while (it.hasNext()) {
                    SelectionKey key = it.next();
                    it.remove();
                    if (key.isAcceptable()) {
                        SocketChannel socketChannel = serverSocket.accept();
                        socketChannel.configureBlocking(false);
                        socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                    } else if (key.isReadable()) {
                        SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel();
                        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                        int bytesRead = sc.read(buffer);
                        if (bytesRead == -1) {
                            sc.close();
                        } else {
                            System.out.println(new String(buffer.array(), 0, bytesRead));
                            sc.write(ByteBuffer.wrap("Hello Client".getBytes()));
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }
}

在这个例子中，创建了一个ServerSocketChannel，并将其注册到一个Selector上，以监听客户端的连接请求（OP_ACCEPT）。当一个新的连接到来时，接受这个连接，并为其注册读事件（OP_READ）。对于每一个已注册的通道，一旦有数据可读，就从通道中读取数据，并做出响应。

通过这种方式，NIO的多路复用机制允许单个线程高效地管理多个并发连接，这对于构建高性能的网络服务器特别有用。