阻塞和非阻塞的几点区别
在开始了解NIO之前，先看阻塞和非阻塞IO的几点区别
缓冲区
NIO中有一个缓冲区（以下统一称buffer）的概念，不论是读信息还是写信息，都是在buffer上进行操作；相比之下，BIO使用的是流（以下统一称stream）的概念，stream必须分读和写两种，通过装饰器模式生成stream后，数据直接写入stream或从stream中读取。
所以NIO是面向buffer的，而BIO是面向stream的；但socket总是面向stream的。
通道
NIO使用通道（以下统一称channel）来建立客户端和服务端之间的联系；BIO依然是stream（也就是说BIO没有区分管道和数据的不同）。Channel是双向的，既可以写也可以读，而stream还是必须分读或者写。
这里特别注意，由于channel是双向的，后面注册到多路复用器时，客户端channel（也就是SocketChannel对象）是作为READ类型注册，但其实也可以写操作。
Channel的类继承结构比较复杂，如下图所示。其中
-
InterruptibleChannel是一个能够异步的关闭和捕获的channel（接口）； -
SelectableChannel是一个能够被多路复用器选择的channel（抽象类）； -
ServerSocketChannel是一个基于stream的监听socket的可被选择的channel； -
SocketChannel是一个基于stream的连接socket的可被选择的channel。
注：#3是一个服务于监听socket的channel，#4是一个服务于连接socket的channel。
Channel的类继承结构
整体机制
个人理解，非阻塞IO的核心，是采用了一种和BIO完全不同的机制。服务端生成一个监听socket，以及客户端生成一个连接socket，都会新new一个线程（因为只需要一个线程即可，所以不用线程池），这个线程将当前的channel注册到一个地方。通过客户端或服务端的该线程（注意是独立的）的轮询，检查注册的socket，哪个socket准备好，比如可以读到数据或者可以连接，就做相应的操作。
这样做的好处是服务端或客户端都不会产生阻塞，由独立线程注册和处理监听事件，而原来的进程就不会一直等待，可以继续其它的操作，等待ready再由独立线程执行相关操作。
独立线程中的注册点称为多路复用器（以下统一称Selector），通过轮询注册其上的SelectionKey，查看当前连接是否可用，并做相关操作。所以Selector是NIO的核心。
NIO - Server端的实现
以下通过代码分析NIO对于同样业务逻辑的实现
Server的创建
try {
// selector是一个多路复用器实例
selector = Selector.open();
// servChannel是一个ServerSocketChannel对象，代表server通道
servChannel = ServerSocketChannel.open();
servChannel.configureBlocking(false);
// 服务器channel启动一个socket绑定端口
servChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(port), 1024);
// 这个服务端socket通道注册到selector上，监听可接受连接事件（这步最为关键！！！）
servChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
System.out.println("The time server is start in port : " + port);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
System.exit(1);
}
Server端的Selector的多路选择算法
这是一个单独的线程，实际是一个Selector的运行内容。其核心是获取选择器上所有的注册的key，看key的状态并做相应的操作。
while (!stop) {
try {
// 循环前休眠1秒
selector.select(1000);
// 获取所有注册到该selector上的key
Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
Iterator<SelectionKey> it = selectedKeys.iterator();
SelectionKey key = null;
// 轮询所有的key
while (it.hasNext()) {
key = it.next();
it.remove();
try {
// 根据key的类型做不同的处理
handleInput(key);
} catch (Exception e) {
// ...
}
}
} catch (Throwable t) {
t.printStackTrace();
}
}
以下为handleInput的处理算法。
private void handleInput(SelectionKey key) throws IOException {
if (key.isValid()) {
// 该方法测试这个key的channel是否已经准备好接收新的socket连接
if (key.isAcceptable()) {
// 接受新的连接，注意此处key的channel一定是一个服务端socket通道
ServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel) key.channel();
// 接受后会返回当前和server通信的客户端socket通道
// 注意此处的channel也是服务端角度获取的客户端的socket，会从此channel获得客户端的request
SocketChannel sc = ssc.accept();
sc.configureBlocking(false);
// 将这个客户端socket通道注册到selector上，并监听可读事件
sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
}
// 该方法测试这个key的channel是否已经可读
if (key.isReadable()) {
// 读取数据，注意此处key的channel是从服务端角度获取的客户端的socket
// 从下面的代码可以看出，从这个通道读取的内容，是客户端发给服务端的request
// 注意此处一定要理解清楚！！！
SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel();
ByteBuffer readBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
int readBytes = sc.read(readBuffer);
// 读取结果分3种情况，只有大于0表示读取到信息
if (readBytes > 0) {
// 缓冲区的limit设为0，相当于一次性读所有的内容
readBuffer.flip();
byte[] bytes = new byte[readBuffer.remaining()];
readBuffer.get(bytes);
String body = new String(bytes, "UTF-8");
// 转码后获取request，即body的内容
System.out.println("The time server receive order : " + body);
String currentTime = "QUERY TIME ORDER".equalsIgnoreCase(body) ? new java.util.Date(System.currentTimeMillis()).toString() : "BAD ORDER";
// doWrite(sc, currentTime);
// doWrite方法用于将结果作为response返回给客户端，直接给出该方法内容
// doWrite method start
if (currentTime != null && currentTime.trim().length() > 0) {
byte[] bytes = currentTime.getBytes();
// 声明buffer并放入信息
ByteBuffer writeBuffer = ByteBuffer.allocate(bytes.length);
writeBuffer.put(bytes);
// 设置limit为0，相当于一次性写所有的内容
writeBuffer.flip();
// 注意SocketChannel是既可以读，也可以写的
sc.write(writeBuffer);
}
// doWrite method end
} else if (readBytes < 0) {
// 对端链路关闭
key.cancel();
sc.close();
} else
; // 读到0字节，忽略
}
}
}
NIO - Client端的实现
Client的创建
try {
// 创建多路复用器
selector = Selector.open();
// 创建SocketChannel
socketChannel = SocketChannel.open();
socketChannel.configureBlocking(false);
// 这个socket还没有连接，所以不需要注册到selector上
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
System.exit(1);
}
Client连接Server
try {
// doConnect(); 以下直接给出
// doConnect method start
// 尝试连接服务端，如果成功返回true
if (socketChannel.connect(new InetSocketAddress(host, port))) {
// 将这个客户端socket通道注册到selector上，并监听可读事件
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
// doWrite(socketChannel); 以下直接给出
// doWrite method start
byte[] req = "QUERY TIME ORDER".getBytes();
ByteBuffer writeBuffer = ByteBuffer.allocate(req.length);
writeBuffer.put(req);
writeBuffer.flip();
// 构造request，并写入缓冲区
socketChannel.write(writeBuffer);
if (!writeBuffer.hasRemaining()){
System.out.println("Send order 2 server succeed.");
}
// doWrite method end
} else {
// 没有连接成功，并不是连接失败，只是没有获得握手信息
// 将这个客户端socket通道注册到selector上，并监听连接事件，当服务器应答后，即可继续操作
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT);
}
// doConnect method end
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
System.exit(1);
}
Client端的Selector的多路选择算法
在连接之后，该线程中的selector采用和server同样的策略，轮询SelectionKey，并在handleInput中进行处理，如下。
private void handleInput(SelectionKey key) throws IOException {
if (key.isValid()) {
// 同server端的检查
SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel();
// 此处即对应connect方法返回false的情况（监听connect事件）
if (key.isConnectable()) {
// true表示握手过程完成
if (sc.finishConnect()) {
// 重新注册，监听读事件
sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
doWrite(sc);
} else
System.exit(1);// 连接失败，进程退出
}
if (key.isReadable()) {
ByteBuffer readBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
// 通过读缓冲区，获取服务端的response，同样是3中情况，大于0为读到信息
int readBytes = sc.read(readBuffer);
if (readBytes > 0) {
readBuffer.flip();
byte[] bytes = new byte[readBuffer.remaining()];
readBuffer.get(bytes);
String body = new String(bytes, "UTF-8");
System.out.println("Now is : " + body);
// 此处会通知selector的轮询结束
this.stop = true;
} else if (readBytes < 0) {
// 对端链路关闭
key.cancel();
sc.close();
} else
; // 读到0字节，忽略
}
}
}
【未完待续，下一部分开始Netty的实现及针对4.x的改造】
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