JAVA中NIO的技术原理及SpringBoot代码实例详解

目录

• 介绍NIO：概念与技术原理
• 1. NIO的核心概念
• 2. 技术原理
• NIO 实现文件异步上传和下载
• 架构图
• 服务端代码（Server）
• 客户端代码（Client）
• 写在最后

介绍NIO：概念与技术原理

Java NIO（Non-blocking I/O）是Java 1.4版本引入的一组I/O（输入android输出）API，旨在提供比传统的Java I/O（如InputStream和OutputStream）更高效的I/O操作，特别是在高并发、低延迟的场景中。NIO的核心思想是提供非阻塞、事件驱动的I/O方式，尤其适用于服务器端需要高效处理多个客户端连接的场景。

1. NIO的核心概念

NIO的核心概念包括：

• Channel：代表一个可以进行I/O操作的连接，类似于传统I/O中的流（Stream）。Channel提供了读取和写入数据的方法。常见的Channel有FileChannel、SocketChannel、ServerSocketChannel等。
• Buffer：所有的I/O操作（读写）都依赖于缓冲区（Buffer）。Buffer是一个容器，提供对数据的存储和访问。
• Selector：Selector使得一个线程可以监听多个Channel上的事件，支持非阻塞模式下的事件处理。通过Selector可以轮询多个Channel，处理I/O事件。

2. 技术原理

NIO的非阻塞技术基于以下几个关键要素：

• 非阻塞模式：传统I/O中，线程每次读取或写入数据时，都会被阻塞，直到操作完成。而NIO允许线程在进行I/O操作时不被阻塞，线程可以同时处理多个I/O任务，提升系统并发性。
• 事件驱动：通过Selector，NIO允许服务器在一个线程中处理多个客户端的I/O操作，极大减少了线程的数量，并避免了线程的上下文切换开销。
• 异步操作：jsNIO支持异步I/O，可以在执行I/O操作时将任务交给操作系统或其他线程处理，当操作完成后再进行后续处理。这对于处理大规模的文件上传和下载特别有效。

NIO 实现文件异步上传和下载

架构图

为了更直观地理解文件上传和下载的流程，下面是该系统的架构图：

以下是实现文件异步上传和下载的基本代码。该示例采用Java NIO的SocketChannel和ServerSocketChannel实现客户端与服务端的异步文件传输。

服务端代码（Server）

import java.io.*;
import java.nio.*;
import java.nio.channels.*;
import java.nio.file.*;
public class NioFileServer {
    private static final int PORT = 8080;
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(PORT));
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
        Selector selector = Selector.open();
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
        System.out.println("Server is listening on port " + PORT);
        while (true) {
            if (selector.select() > 0) {
                for (SelectionKey key : selector.selectedKeys()) {
                    if (pythonkey.isAcceptable()) {
                        SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
                        socketChannel.configureBlocking(false);
                        socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                    } else if (key.isReadable()) {
                        SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();
                        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                        int bytesRead = socketChannel.read(buffer);
                        if (bytesRead == -1) {
                            socketChannel.close();
                        } else {
                            buffer.flip();
                            Files.write(Paths.get("received_file.txt"), buffer.array(), StandardOpenOption.CREATE, StandardOpenOption.APPEND);
                        }
                    }
                }
                selector.selectedKeys().clear();
            }
        }
    }
}

客户端代码（Client）

import java.io.*;
import java.nio.*;
import java.nio.channels.*;
import java.nio.file.*;
public class NioFileClient {
    private static final String SERVER_HOST = "localhost";
    private static final int SERVER_PORT = 8080;
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Path filePath = Paths.get("file_to_send.txt");
        FileChannel fileChannel = FileChannel.open(filePath, StandardOpenOption.READ);
        SocketC编程客栈hannel socketChannel = SocketChannel.open();
        socketChannel.connect(new InetSocketAddress(SERVER_HOST, SERVER_PORT));
        socketChannel.configureBlocking(false);
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        while (fileChannel.read(buffer) != -1) {
            buffer.flip();
            socketChannel.write(buffer);
            buffer.clear();
        }
        fileChannel.close();
        socketjcaxmHTChannel.close();
    }
}

###代码说明

• 服务端：
  • 创建一个ServerSocketChannel并绑定到指定端口。
  • 使用Selector监听连接请求和数据读事件。
  • 在非阻塞模式下接受客户端连接，并读取传输的数据，将文件内容写入磁盘。
• 客户端：
  • 打开文件并通过SocketChannel发送文件内容。
  • 在非阻塞模式下，将文件分块写入到服务器。

写在最后

Java NIO通过非阻塞I/O操作与事件驱动机制，使得多线程和高并发处理变得更加高效。通过使用NIO的Channel、Buffer和Selector，我们可以实现如文件异步上传与下载等高效的文件处理操作。上述代码展示了一个简单的客户端-服务器文件传输实例，能够实现文件的异步上传和下载，并能够处理大规模并发请求，适合在高并发环境下使用。

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