【Java基础】IO多路复用

YanDDDeat2025/12/24...大约 3 分钟

BIO、NIO、IO多路复用

一、BIO

即Blocking IO，同步阻塞通信，每次有新的链接与服务端链接后，服务端链接的线程会阻塞住，一直到通信完后才进行其他线程。

二、NIO

即Non-Blocking IO，同步非阻塞通信,这是基于Selector和Epoll来实现的，Selector代替了线程本身轮询IO事件，避免了阻塞同时减少了不必要的线程消耗。

初始创建Selector selector = Selector.open()，这个会一直调用操作系统底层epoll_create创建数组并返回epfd（ep：数组，fd：文件描述，epfd就是这个数组的一个描述，供后面调用epoll_ctl时在操作系统查找数组），然后将服务端服务注册到selector里面去并设置监听服务端服务的链接事件（epoll_ctl,操作系统实现,根据epfd找到list，监听对应链接的对应事件，若有链接发生事件了（如链接，读写等），将对应链接移动到就绪事件列表）。
每次有新的客户端链接，都会被注册到Selector的服务端服务监听到，会把当前这个客户端链接（fd：链接的文件描述符）注册到selecor中的List（List根据epfd去操作系统找）。
在步骤1将服务端注册到epoll中并监听链接建立事件后，就会selector.slect()阻塞等待有链接、读等事件发生（不会循环消耗CPU）。什么时候能停止阻塞，读取有事件的链接？
1. 在监听到事件(如新链接、读写等)后，selector会停止阻塞，取出有事件发生的链接，进行循环处理。若是链接事件，将此链接注册回去并监听此链接的读事件。若是读事件，就直接进行读取操作。

Selector底层原理（Linux epoll）,epoll的三个核心系统，epoll_create，epoll_ctl，epoll_wait。

程序启动：
1. Selector.open() → epoll_create()   // 创建epoll实例
2. ServerSocketChannel.register() → epoll_ctl()  // 注册监听事件
>
事件循环：
3. selector.select() → epoll_wait()  // 阻塞等待事件
4. epoll返回就绪的fd列表
5. 处理就绪事件
    - 如果是ACCEPT事件：注册新连接的读事件
    - 如果是READ事件：读取数据并处理

1、什么时候能停止阻塞，读取有事件的链接？操作系统的epoll_wait会一直等到就绪事件列表有链接后。
2、selector是基于epoll实现多路复用的，epoll是操作系统的。

最终实现服务端一个线程实现多个客户端链接，复用一个线程，底层就靠操作系统的epoll函数。

// NIO Java示例
public class SimpleNioServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1. 创建Selector
        Selector selector = Selector.open();
        
        // 2. 创建ServerSocketChannel并配置
        ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();
        serverChannel.configureBlocking(false);
        serverChannel.bind(new InetSocketAddress(8888));
        
        // 3. 注册ACCEPT事件
        serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
        
        System.out.println("NIO Server started on port 8888");
        
        // 4. 事件循环
        while (true) {
            selector.select();  // 阻塞等待事件
            
            Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();
            Iterator<SelectionKey> iter = keys.iterator();
            
            while (iter.hasNext()) {
                SelectionKey key = iter.next();
                iter.remove();
                
                try {
                    if (key.isAcceptable()) {
                        handleAccept(key, selector);
                    }
                    
                    if (key.isReadable()) {
                        handleRead(key);
                    }
                    
                    if (key.isWritable()) {
                        handleWrite(key);
                    }
                } catch (IOException e) {
                    key.cancel();
                    if (key.channel() != null) {
                        key.channel().close();
                    }
                }
            }
        }
    }
}