精尽 Netty 源码分析 —— NIO 基础（一）之简介

1. 概述

Java NIO( New IO 或者 Non Blocking IO ) ，从 Java 1.4 版本开始引入的非阻塞 IO ，用于替换标准( 有些文章也称为传统，或者 Blocking IO 。下文统称为 BIO ) Java IO API 的 IO API 。

老艿艿：在一些文章中，会将 Java NIO 描述成异步 IO ，实际是不太正确的： Java NIO 是同步 IO ，Java AIO ( 也称为 NIO 2 )是异步 IO。具体原因，推荐阅读文章：

《异步和非阻塞一样吗? (内容涉及 BIO, NIO, AIO, Netty)》。

《BIO与NIO、AIO的区别(这个容易理解)》

总结来说，在 Unix IO 模型的语境下：

同步和异步的区别：数据拷贝阶段是否需要完全由操作系统处理。

阻塞和非阻塞操作：是针对发起 IO 请求操作后，是否有立刻返回一个标志信息而不让请求线程等待。

因此，Java NIO 是同步且非阻塞的 IO 。

2. 核心组件

Java NIO 由如下三个核心组件组成：

Channel
Buffer
Selector

后续的每篇文章，我们会分享对应的一个组件。

3. NIO 和 BIO 的对比

NIO 和 BIO 的区别主要体现在三个方面：

NIO	BIO
基于缓冲区( Buffer )	基于流( Stream )
非阻塞 IO	阻塞 IO
选择器( Selector )	无

其中，选择器( Selector )是 NIO 能实现非阻塞的基础。

3.1 基于 Buffer 与基于 Stream

BIO 是面向字节流或者字符流的，而在 NIO 中，它摒弃了传统的 IO 流，而是引入 Channel 和 Buffer 的概念：从 Channel 中读取数据到 Buffer 中，或者将数据从 Buffer 中写到 Channel 中。

① 那么什么是基于 Stream呢？

在一般的 Java IO 操作中，我们以流式的方式，顺序的从一个 Stream 中读取一个或者多个字节，直至读取所有字节。因为它没有缓存区，所以我们就不能随意改变读取指针的位置。

② 那么什么是基于 Buffer 呢？

基于 Buffer 就显得有点不同了。我们在从 Channel 中读取数据到 Buffer 中，这样 Buffer 中就有了数据后，我们就可以对这些数据进行操作了。并且不同于一般的 Java IO 操作那样是顺序操作，NIO 中我们可以随意的读取任意位置的数据，这样大大增加了处理过程中的灵活性。

老艿艿：写入操作，也符合上述读取操作的情况。

3.2 阻塞与非阻塞 IO

Java IO 的各种流是阻塞的 IO 操作。这就意味着，当一个线程执行读或写 IO 操作时，该线程会被阻塞，直到有一些数据被读取，或者数据完全写入。

Java NIO 可以让我们非阻塞的使用 IO 操作。例如：

当一个线程执行从 Channel 执行读取 IO 操作时，当此时有数据，则读取数据并返回；当此时无数据，则直接返回而不会阻塞当前线程。
当一个线程执行向 Channel 执行写入 IO 操作时，不需要阻塞等待它完全写入，这个线程同时可以做别的事情。

也就是说，线程可以将非阻塞 IO 的空闲时间用于在其他 Channel 上执行 IO 操作。所以，一个单独的线程，可以管理多个 Channel 的读取和写入 IO 操作。

3.3 Selector

Java NIO 引入 Selector ( 选择器 )的概念，它是 Java NIO 得以实现非阻塞 IO 操作的最最最关键。

我们可以注册多个 Channel 到一个 Selector 中。而 Selector 内部的机制，就可以自动的为我们不断的执行查询( select )操作，判断这些注册的 Channel 是否有已就绪的 IO 事件( 例如可读，可写，网络连接已完成 )。
通过这样的机制，一个线程通过使用一个 Selector ，就可以非常简单且高效的来管理多个 Channel 了。

4. NIO 和 AIO 的对比

考虑到 Netty 4.1.X 版本实际并未基于 Java AIO 实现，所以我们就省略掉这块内容。那么，感兴趣的同学，可以自己 Google 下 Java NIO 和 Java AIO 的对比。

具体为什么 Netty 4.1.X 版本不支持 Java AIO 的原因，可参见《Netty（二）：Netty 为啥去掉支持 AIO ?》文章。

也因此，Netty 4.1.X 一般情况下，使用的是同步非阻塞的 NIO 模型。当然，如果真的有必要，也可以使用同步阻塞的 BIO 模型。

666. 彩蛋

参考文章如下：