Java 函數中 NIO 技術如何處理非阻塞 IO 操作？

NIO 技術處理非阻塞 IO 操作，使用事件驅動機制非同步處理 I/O，提高高並發請求場景下的效率。透過定義通道、建立 Selector、註冊通道到 Selector、監聽事件和處理事件步驟，管理 IO 操作。實戰案例展示了伺服器端非阻塞 Echo 程序，它使用 NIO 非同步接受和回應客戶端連線請求。

Java 函數中NIO 技術處理非阻塞IO 操作

NIO（非阻塞IO）是一種高效的方式來處理大型網路應用程式中的高並發請求，它使用非阻塞模式透過事件驅動機制來非同步處理I/O。 Java 中提供了 NIO API，用於描述 NIO 事件、通道和緩衝區。

1. 定義 NIO 通道

NIO 中的通道表示一個開啟的檔案或網路連線。有四種主要類型的通道：

import java.nio.channels.*;

// 文件通道
FileChannel fileChannel = FileChannel.open(Paths.get("file.txt"), StandardOpenOption.READ);

// 套接字通道
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();

// 套接字通道
SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();

// 套接字通道
DatagramChannel datagramChannel = DatagramChannel.open();

2. 建立 Selectors

Selectors 用於監視多個通道上的事件。它們可以同時處理來自不同通道的大量連接，從而有效地管理 IO 操作。

import java.nio.channels.Selector;

Selector selector = Selector.open();

3. 註冊通道

將通道註冊到 Selector，以監視感興趣的事件，例如讀取/寫入操作。

serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

4. 監聽事件

使用 select() 方法監視 Selector 中的事件，直到有事件發生。此方法會阻塞，直到至少有一個通道準備好處理。

int numKeys = selector.select();

5. 處理事件

透過檢查SelectionKey 來處理所發生的事件，它提供了有關發生事件的通道和類型的詳細資訊。

for (SelectionKey key : selector.selectedKeys()) {
    if (key.isAcceptable()) {
        // 监听新的连接请求
    } else if (key.isReadable()) {
        // 读取数据
    } else if (key.isWritable()) {
        // 写入数据
    }
}

實戰案例：伺服器端非阻塞 Echo 程式

本範例建立一個伺服器，使用 NIO 非同步接受和回應客戶端連線。

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.*;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;

public class NonBlockingEchoServer {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建一个 ServerSocketChannel
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);

        // 创建一个 Selector
        Selector selector = Selector.open();

        // 注册 ServerSocketChannel 到 Selector，监视 ACCEPT 事件
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

        while (true) {
            // 监听事件
            selector.select();

            // 获取选择的 SelectionKey 集合
            Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();

            // 遍历选择的 SelectionKey
            Iterator<SelectionKey> iterator = selectedKeys.iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
                SelectionKey key = iterator.next();

                if (key.isAcceptable()) {
                    // 新的连接请求
                    SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
                    socketChannel.configureBlocking(false);
                    socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                } else if (key.isReadable()) {
                    // 读取数据
                    SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();
                    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                    int readBytes = socketChannel.read(buffer);
                    if (readBytes > 0) {
                        // 响应客户端消息
                        buffer.flip();
                        socketChannel.write(buffer);
                    }
                }

                // 从集合中删除处理过的 SelectionKey
                iterator.remove();
            }
        }
    }
}

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