NIO主要有三大核心部分：Channel(通道)，Buffer(缓冲区), Selector。传统IO基于字节流和字符流进行操作，而NIO基于Channel和Buffer(缓冲区)进行操作，数据总是从通道读取到缓冲区中，或者从缓冲区写入到通道中。Selector(选择区)用于监听多个通道的事件（比如：连接打开，数据到达）。因此，单个线程可以监听多个数据通道。
NIO的非阻塞读模式：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，当数据到达的缓冲区的时候，会得到通知，再读取数据。
非阻塞写也是如此：一个线程请求写入一些数据到某通道，但不需要等待它完全写入，这个线程同时可以去做别的事情，因为它是将数据写入到缓冲区。当数据写完之后，也能够得到通知。
线程通常将非阻塞IO的空闲时间用于在其它通道上执行IO操作，所以一个单独的线程现在可以管理多个输入和输出通道（channel）。但是这同时引出了一个问题：如果连接的通道数目很多，数据传输请求非常密集，会否造成很大的传输延迟。我们来看一下它的处理逻辑：
//循环遍历selector while(started){ try{ //无论是否有读写事件发生，selector每隔1s被唤醒一次 selector.select(1000); //阻塞,只有当至少一个注册的事件发生的时候才会继续. // selector.select(); Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys(); Iterator<SelectionKey> it = keys.iterator(); SelectionKey key = null; while(it.hasNext()){ key = it.next(); it.remove(); try{ handleInput(key); }catch(Exception e){ if(key != null){ key.cancel(); if(key.channel() != null){ key.channel().close(); } } } }
可以看到，它是采用一个单线程以遍历的方式来顺序处理就绪的请求。所以，在就绪的请求非常密集，而且数据传输量非常大的情况下，确实存在隐患。所以可以视情况，在这个地方加入线程池，每个线程池处理一个SelectionKey.
Buffer的使用
//读消息 if(key.isReadable()){ SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel(); //创建ByteBuffer，并开辟一个1M的缓冲区 ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024); //读取请求码流，返回读取到的字节数 int readBytes = sc.read(buffer); //读取到字节，对字节进行编解码 if(readBytes>0){ //将缓冲区当前的limit设置为position=0，用于后续对缓冲区的读取操作 buffer.flip(); //根据缓冲区可读字节数创建字节数组 byte[] bytes = new byte[buffer.remaining()]; //将缓冲区可读字节数组复制到新建的数组中 buffer.get(bytes); String expression = new String(bytes,"UTF-8"); System.out.println("服务器收到消息：" + expression); //处理数据 String result = null; try{ result = Calculator.cal(expression); }catch(Exception e){ result = "计算错误：" + e.getMessage(); }
Buffer顾名思义：缓冲区，实际上是一个容器，一个连续数组。Channel提供从文件、网络读取数据的渠道，但是读写的数据都必须经过Buffer。如下图：
向Buffer中写数据：
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从Channel写到Buffer (channel.write(buf))
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通过Buffer的put()方法 （buf.put(…)）
从Buffer中读取数据：
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从Buffer读取到Channel(fileChannel.read(buf))
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使用get()方法从Buffer中读取数据 （buf.get()）
可以把Buffer简单地理解为一组基本数据类型的元素列表，它通过几个变量来保存这个数据的当前位置状态：capacity, position, limit, mark：
无图无真相，举例：我们通过ByteBuffer.allocate(11)方法创建了一个11个byte的数组的缓冲区，初始状态如上图，position的位置为0，capacity和limit默认都是数组长度。当我们写入5个字节时，变化如下图：
这时我们需要将缓冲区中的5个字节数据写入Channel的通信信道，所以我们调用ByteBuffer.flip()方法，变化如下图所示(position设回0，并将limit设成之前的position的值)：
这时底层操作系统就可以从缓冲区中正确读取这个5个字节数据并发送出去了。在下一次写数据之前我们再调用clear()方法，缓冲区的索引位置又回到了初始位置。
clear()方法：position将被设回0，limit设置成capacity，换句话说，Buffer被清空了，其实Buffer中的数据并未被清除，只是这些标记告诉我们可以从哪里开始往Buffer里写数据。如果Buffer中有一些未读的数据，调用clear()方法，数据将“被遗忘”，意味着不再有任何标记会告诉你哪些数据被读过，哪些还没有。
compact()方法：如果Buffer中仍有未读的数据，且后续还需要这些数据，但是此时想要先写些数据，那么使用compact()方法。compact()方法将所有未读的数据拷贝到Buffer起始处。然后将position设到最后一个未读元素正后面。limit属性依然像clear()方法一样，设置成capacity。现在Buffer准备好写数据了，但是不会覆盖未读的数据。
mark()方法：通过调用Buffer.mark()方法，可以标记Buffer中的一个特定的position，之后可以通过调用Buffer.reset()方法恢复到这个position。
rewind()方法：rewind()方法将position设回0，所以你可以重读Buffer中的所有数据。limit保持不变，仍然表示能从Buffer中读取多少个元素。
SocketChannel
NIO的强大功能部分来自于Channel的非阻塞特性，套接字的某些操作可能会无限期地阻塞。
例如，对accept()方法的调用可能会因为等待一个客户端连接而阻塞；对read()方法的调用可能会因为没有数据可读而阻塞，直到连接的另一端传来新的数据。总的来说，创建/接收连接或读写数据等I/O调用，都可能无限期地阻塞等待，直到底层的网络实现发生了什么。慢速的，有损耗的网络，或仅仅是简单的网络故障都可能导致任意时间的延迟。然而不幸的是，在调用一个方法之前无法知道其是否阻塞。NIO的channel抽象的一个重要特征就是可以通过配置它的阻塞行为，以实现非阻塞式的信道:
channel.configureBlocking(false)
在非阻塞式信道上调用一个方法总是会立即返回。这种调用的返回值指示了所请求的操作完成的程度。例如，在一个非阻塞式ServerSocketChannel上调用accept()方法，如果有连接请求来了，则返回客户端SocketChannel，否则返回null.
channel.write(writeBuffer); int readBytes = sc.read(buffer);
调用这两个方法也会立即返回。结合使用后面的Selector，一般在调用这两个方法的时候，数据已经准备就绪，可以立即读/写。
Selector/SelectionKey
Selector类可以用于避免使用阻塞式客户端中很浪费资源的“忙等”方法。例如，考虑一个IM服务器。像QQ或者旺旺这样的，可能有几万甚至几千万个客户端同时连接到了服务器，但在任何时刻都只是非常少量的消息。
这就需要一种方法阻塞等待，直到至少有一个信道可以进行I/O操作，并指出是哪个信道。NIO的选择器就实现了这样的功能。一个Selector实例可以同时检查一组信道的I/O状态。用专业术语来说，选择器就是一个多路开关选择器，因为一个选择器能够管理多个信道上的I/O操作。
它在内部可以同时管理多个I/O，当一个信道有I/O操作的时候，他会通知Selector，Selector就是记住这个信道有I/O操作，并且知道是何种I/O操作，是读呢？是写呢？还是接受新的连接；所以如果使用Selector，它返回的结果只有两种结果，一种是0，即在你调用的时刻没有任何客户端需要I/O操作，另一种结果是一组需要I/O操作的客户端，这时你就根本不需要再检查了，因为它返回给你的肯定是你想要的。这样一种主动通知的方式比那种主动轮询的方式要高效得多！
要使用选择器（Selector），需要创建一个Selector实例（使用静态工厂方法open()）并将其注册（register）到想要监控的信道上（注意，这要通过channel的方法实现，而不是使用selector的方法）。最后，调用选择器的select()方法。该方法会阻塞等待，直到有一个或更多的信道准备好了I/O操作或等待超时。select()方法将返回可进行I/O操作的信道数量。现在，在一个单独的线程中，通过调用select()方法就能检查多个信道是否准备好进行I/O操作。如果经过一段时间后仍然没有信道准备好，select()方法就会返回0，并允许程序继续执行其他任务。
与Selector一起使用时，Channel必须处于非阻塞模式下。这意味着不能将FileChannel与Selector一起使用，因为FileChannel不能切换到非阻塞模式。而套接字通道都可以。
注意register()方法的第二个参数。这是一个“interest集合”，意思是在通过Selector监听Channel时对什么事件感兴趣。可以监听四种不同类型的事件：
1.connect
2.accept
3.read
4.write
通道触发了一个事件意思是该事件已经就绪。所以，某个channel成功连接到另一个服务器称为“连接就绪”。一个server socket channel准备好接收新进入的连接称为“接收就绪”。一个有数据可读的通道可以说是“读就绪”。等待写数据的通道可以说是“写就绪”。
这四种事件用SelectionKey的四个常量来表示：
1. SelectionKey.OP_CONNECT 2. SelectionKey.OP_ACCEPT 3. SelectionKey.OP_READ 4. SelectionKey.OP_WRITE
当向Selector注册Channel时，register()方法会返回一个SelectionKey对象。这个对象包含了一些你感兴趣的属性：
-
interest集合：interest集合是你所选择的感兴趣的事件集合。
-
ready集合：ready 集合是通道已经准备就绪的操作的集合。
-
Channel：这个key所代表的channel
-
Selector：这个key所注册的选择器
-
附加的对象（可选）
也可以使用以下四个方法来检测channel中什么事件或操作已经就绪，他们都返回boolean值：
selectionKey.isAcceptable();
selectionKey.isConnectable();
selectionKey.isReadable();
selectionKey.isWritable();
从SelectionKey访问Channel和Selector很简单。如下：
Channel channel = selectionKey.channel();
Selector selector = selectionKey.selector();
一旦向Selector注册了一或多个通道，就可以调用几个重载的select()方法。这些方法返回你所感兴趣的事件（如连接、接受、读或写）已经准备就绪的那些通道。换句话说，如果你对“读就绪”的通道感兴趣，select()方法会返回读事件已经就绪的那些通道。
下面是select()方法：
-
int select()
-
int select(long timeout)
-
int selectNow()
select()阻塞到至少有一个通道在你注册的事件上就绪了。
select(long timeout)和select()一样，除了最长会阻塞timeout毫秒(参数)。
selectNow()不会阻塞，不管什么通道就绪都立刻返回（译者注：此方法执行非阻塞的选择操作。如果自从前一次选择操作后，没有通道变成可选择的，则此方法直接返回零。)
一旦调用了select()方法，并且返回值表明有一个或更多个通道就绪了，然后可以通过调用selector的selectedKeys()方法，访问“已选择键集（selected key set）”中的就绪通道。如下所示：
Set selectedKeys = selector.selectedKeys();
当向Selector注册Channel时，Channel.register()方法会返回一个SelectionKey 对象。这个对象代表了注册到该Selector的通道。
注意每次迭代末尾的keyIterator.remove()调用。Selector不会自己从已选择键集中移除SelectionKey实例。必须在处理完通道时自己移除。下次该通道变成就绪时，Selector会再次将其放入已选择键集中。
SelectionKey.channel()方法返回的通道需要转型成你要处理的类型，如ServerSocketChannel或SocketChannel等。
最后附上完整的示例代码：
Server类：
package nio;/* author:chxy data:2020/3/23 description: */ public class Server { private static int DEFAULT_PORT = 12345; //servrHandle是一个单例对象，全局唯一 private static ServerHandle serverHandle; public static void start(){ start(DEFAULT_PORT); } public static synchronized void start(int port){ if(serverHandle!=null) serverHandle.stop(); serverHandle = new ServerHandle(port); new Thread(serverHandle,"nio.Server").start(); } public static void main(String[] args){ start(); } }
ServerHandle类：
package nio;/* author:chxy data:2020/3/23 description: */ 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; import java.util.Set; /** * NIO服务 * @author yangtao__anxpp.com * @version 1.0 */ public class ServerHandle implements Runnable{ private Selector selector; private ServerSocketChannel serverChannel; private volatile boolean started; /** * 构造方法 * @param port 指定要监听的端口号 */ public ServerHandle(int port) { try{ //创建选择器 selector = Selector.open(); //打开监听通道 serverChannel = ServerSocketChannel.open(); //如果为 true，则此通道将被置于阻塞模式；如果为 false，则此通道将被置于非阻塞模式 serverChannel.configureBlocking(false);//开启非阻塞模式 //绑定端口 backlog设为1024 //backlog表示队列的最大长度，这个队列用于存储连接请求 serverChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(port),1024); //监听客户端连接请求，同时给定监听的类型 //就是当这个通道有ACCEPT事件，则会通知Selector进行处理 serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); //标记服务器已开启 started = true; System.out.println("服务器已启动，端口号：" + port); }catch(IOException e){ e.printStackTrace(); System.exit(1); } } public void stop(){ started = false; } @Override public void run() { //循环遍历selector while(started){ try{ //无论是否有读写事件发生，selector每隔1s被唤醒一次 selector.select(1000); //阻塞,只有当至少一个注册的事件发生的时候才会继续. // selector.select(); Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys(); Iterator<SelectionKey> it = keys.iterator(); SelectionKey key = null; while(it.hasNext()){ key = it.next(); it.remove(); try{ handleInput(key); }catch(Exception e){ if(key != null){ key.cancel(); if(key.channel() != null){ key.channel().close(); } } } } }catch(Throwable t){ t.printStackTrace(); } } //selector关闭后会自动释放里面管理的资源 if(selector != null) try{ selector.close(); }catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } private void handleInput(SelectionKey key) throws IOException{ if(key.isValid()){ //处理新接入的请求消息 if(key.isAcceptable()){ ServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel) key.channel(); //通过ServerSocketChannel的accept创建SocketChannel实例 // 完成该操作意味着完成TCP三次握手，TCP物理链路正式建立 SocketChannel sc = ssc.accept(); //设置为非阻塞的 sc.configureBlocking(false); //注册为读 sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ); } //读消息 if(key.isReadable()){ SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel(); //创建ByteBuffer，并开辟一个1M的缓冲区 ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024); //读取请求码流，返回读取到的字节数 int readBytes = sc.read(buffer); //读取到字节，对字节进行编解码 if(readBytes>0){ //将缓冲区当前的limit设置为position=0，用于后续对缓冲区的读取操作 buffer.flip(); //根据缓冲区可读字节数创建字节数组 byte[] bytes = new byte[buffer.remaining()]; //将缓冲区可读字节数组复制到新建的数组中 buffer.get(bytes); String expression = new String(bytes,"UTF-8"); System.out.println("服务器收到消息：" + expression); //处理数据 String result = null; try{ result = Calculator.cal(expression); }catch(Exception e){ result = "计算错误：" + e.getMessage(); } //发送应答消息 doWrite(sc,result); } //没有读取到字节 忽略 // else if(readBytes==0); //链路已经关闭，释放资源 else if(readBytes<0){ key.cancel(); sc.close(); } } } } //异步发送应答消息 private void doWrite(SocketChannel channel,String response) throws IOException{ //将消息编码为字节数组 byte[] bytes = response.getBytes(); //根据数组容量创建ByteBuffer ByteBuffer writeBuffer = ByteBuffer.allocate(bytes.length); //将字节数组复制到缓冲区 writeBuffer.put(bytes); //flip操作 writeBuffer.flip(); //发送缓冲区的字节数组 channel.write(writeBuffer); //****此处不含处理“写半包”的代码 } }
Client类：
package nio;/* author:chxy data:2020/3/24 description: */ public class Client { private static String DEFAULT_HOST = "localhost"; private static int DEFAULT_PORT = 12345; private static ClientHandle clientHandle; public static void start(){ start(DEFAULT_HOST,DEFAULT_PORT); } public static synchronized void start(String ip,int port){ if(clientHandle!=null) clientHandle.stop(); clientHandle = new ClientHandle(ip,port); new Thread(clientHandle,"nio.Server").start(); } //向服务器发送消息 public static boolean sendMsg(String msg) throws Exception{ if(msg.equals("q")) return false; clientHandle.sendMsg(msg); return true; } public static void main(String[] args){ start(); } }
ClientHandle类：
package nio;/* author:chxy data:2020/3/24 description: */ 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.SocketChannel; import java.util.Iterator; import java.util.Set; /** * NIO客户端 * @author yangtao__anxpp.com * @version 1.0 */ public class ClientHandle implements Runnable{ private String host; private int port; private Selector selector; private SocketChannel socketChannel; private volatile boolean started; public ClientHandle(String ip,int port) { this.host = ip; this.port = port; try{ //创建选择器 selector = Selector.open(); //打开监听通道 socketChannel = SocketChannel.open(); //如果为 true，则此通道将被置于阻塞模式；如果为 false，则此通道将被置于非阻塞模式 socketChannel.configureBlocking(false);//开启非阻塞模式 started = true; }catch(IOException e){ e.printStackTrace(); System.exit(1); } } public void stop(){ started = false; } @Override public void run() { try{ doConnect(); }catch(IOException e){ e.printStackTrace(); System.exit(1); } //循环遍历selector while(started){ try{ //无论是否有读写事件发生，selector每隔1s被唤醒一次 selector.select(1000); //阻塞,只有当至少一个注册的事件发生的时候才会继续. // selector.select(); Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys(); Iterator<SelectionKey> it = keys.iterator(); SelectionKey key = null; while(it.hasNext()){ key = it.next(); it.remove(); try{ handleInput(key); }catch(Exception e){ if(key != null){ key.cancel(); if(key.channel() != null){ key.channel().close(); } } } } }catch(Exception e){ e.printStackTrace(); System.exit(1); } } //selector关闭后会自动释放里面管理的资源 if(selector != null) try{ selector.close(); }catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } private void handleInput(SelectionKey key) throws IOException{ if(key.isValid()){ SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel(); if(key.isConnectable()){ if(sc.finishConnect()); else System.exit(1); } //读消息 if(key.isReadable()){ //创建ByteBuffer，并开辟一个1M的缓冲区 ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024); //读取请求码流，返回读取到的字节数 int readBytes = sc.read(buffer); //读取到字节，对字节进行编解码 if(readBytes>0){ //将缓冲区当前的limit设置为position=0，用于后续对缓冲区的读取操作 buffer.flip(); //根据缓冲区可读字节数创建字节数组 byte[] bytes = new byte[buffer.remaining()]; //将缓冲区可读字节数组复制到新建的数组中 buffer.get(bytes); String result = new String(bytes,"UTF-8"); System.out.println("客户端收到消息：" + result); } //没有读取到字节 忽略 // else if(readBytes==0); //链路已经关闭，释放资源 else if(readBytes<0){ key.cancel(); sc.close(); } } } } //异步发送消息 private void doWrite(SocketChannel channel,String request) throws IOException{ //将消息编码为字节数组 byte[] bytes = request.getBytes(); //根据数组容量创建ByteBuffer ByteBuffer writeBuffer = ByteBuffer.allocate(bytes.length); //将字节数组复制到缓冲区 writeBuffer.put(bytes); //flip操作 writeBuffer.flip(); //发送缓冲区的字节数组 channel.write(writeBuffer); //****此处不含处理“写半包”的代码 } private void doConnect() throws IOException{ if(socketChannel.connect(new InetSocketAddress(host,port))); else socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT); } public void sendMsg(String msg) throws Exception{ socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ); doWrite(socketChannel, msg); } }
参考博文：