Java NIO （NEW IO）

Java NIO （NEW IO）

同步、异步和阻塞、非阻塞概念

同步与异步（synchronous/asynchronous）：同步是一种可靠的有序运行机制，当我们进行同步操作时，后续的任务是等待当前调用返回，才会进行下一步；而异步则相反，其他任务不需要等待当前调用返回，通常依靠事件、回调等机制来实现任务间次序关系

阻塞与非阻塞：在进行阻塞操作时，当前线程会处于阻塞状态，无法从事其他任务，只有当条件就绪才能继续，比如ServerSocket新连接建立完毕，或者数据读取、写入操作完成；而非阻塞则是不管IO操作是否结束，直接返回，相应操作在后台继续处理

1、同步和异步的概念：实际的I/O操作

同步是用户线程发起I/O请求后需要等待或者轮询内核I/O操作完成后才能继续执行
异步是用户线程发起I/O请求后仍需要继续执行，当内核I/O操作完成后会通知用户线程，或者调用用户线程注册的回调函数

2、阻塞和非阻塞的概念：发起I/O请求

阻塞是指I/O操作需要彻底完成后才能返回用户空间
非阻塞是指I/O操作被调用后立即返回一个状态值，无需等I/O操作彻底完成

NIO和IO 的区别

NIO的三个主要特点：面向缓冲、同步非阻塞和多路复用。

1、面向缓冲

传统IO是面向流的，NIO是面向缓冲的。传统IO是每次从流中读一个或多个字节，直到读取所有字节，它们没有被缓存在任何地方。此外，它不能前后移动流中的数据。NIO是将数据读取到一个她稍后处理的缓冲区，需要时可在缓冲区中前后移动，增加了处理过程中的灵活性。

2、同步非阻塞

传统IO的流是阻塞的，当一个线程调用read() 或 write()时，该线程被阻塞，直到数据完成读取或写入完成，此期间该线程不能再干任何事情了。NIO的非阻塞模式，使一个线程从某通道发送请求读取数据，但是它仅能得到目前可用的数据，如果目前没有数据可用时，就什么都不会获取。而不是保持线程阻塞，所以直至数据变得可以读取之前，该线程可以继续做其他的事情。 非阻塞写也是如此。

3、选择器（多路复用）

多路复用是指使用单线程也可以通过轮询监控的方式实现多线程类似的效果。简单的说就是，通过选择机制，使用一个单独的线程很容易来管理多个通道。

NIO的三大核心组件

通道（Channel）、缓冲（Buffer）、选择器（Selector）。

1、通道（Channel）

Channel是传统IO中的Stream(流)的升级版，是一个对象，可以通过它读取和写入数据。Stream是单向的、读写分离，Channel是双向的，既可以用来进行读操作，又可以用来进行写操作

2、缓冲（Buffer）

Buffer可以理解为一块内存区域，可以写入数据，并且在之后读取它。这块内存被包装成NIO buffer对象，它提供了一些方法来更简单地操作内存

3、选择器（Selector）

选择器（Selector）可以实现一个单独的线程来监控多个注册在她上面的信道（Channel），通过轮询的选择机制，实现多路复用的效果。

IO 都是同步阻塞模式，所以需要多线程以实现多任务处理。而 NIO 则是利用了单线程轮询事件的机制，通过高效地定位就绪的 Channel，来决定做什么，仅仅 select 阶段是阻塞的，可以有效避免大量客户端连接时，频繁线程切换带来的问题，应用的扩展能力有了非常大的提高。

常见的NIO框架

Netty

Netty是一款异步的事件驱动的网络应用框架和工具，用于快速开发可维护的高性能、高扩展性协议服务器和客户端。也就是说，Netty是一个NIO客户端/服务器框架，支持快速、简单地开发网络应用，如协议服务器和客户端。它极大简化了网络编程，如TCP和UDP套接字服务器。