傳統的socket IO中，需要爲每個連接創建一個線程，當併發的連接數量非常巨大時，線程所佔用的棧內存和CPU線程切換的開銷將非常巨大。使用NIO，不再需要爲每個線程創建單獨的線程，可以用一個含有限數量線程的線程池，甚至一個線程來爲任意數量的連接服務。由於線程數量小於連接數量，所以每個線程進行IO操作時就不能阻塞，如果阻塞的話，有些連接就得不到處理，NIO提供了這種非阻塞的能力。
小量的線程如何同時爲大量連接服務呢，答案就是就緒選擇。這就好比到餐廳吃飯，每來一桌客人，都有一個服務員專門爲你服務，從你到餐廳到結帳走人，這樣方式的好處是服務質量好，一對一的服務，VIP啊，可是缺點也很明顯，成本高，如果餐廳生意好，同時來100桌客人，就需要100個服務員，那老闆發工資的時候得心痛死了，這就是傳統的一個連接一個線程的方式。
老闆是什麼人啊，精着呢。這老闆就得捉摸怎麼能用10個服務員同時爲100桌客人服務呢，老闆就發現，服務員在爲客人服務的過程中並不是一直都忙着，客人點完菜，上完菜，吃着的這段時間，服務員就閒下來了，可是這個服務員還是被這桌客人佔用着，不能爲別的客人服務，用華爲領導的話說，就是工作不飽滿。那怎麼把這段閒着的時間利用起來呢。這餐廳老闆就想了一個辦法，讓一個服務員（前臺）專門負責收集客人的需求，登記下來，比如有客人進來了、客人點菜了，客人要結帳了，都先記錄下來按順序排好。每個服務員到這裏領一個需求，比如點菜，就拿着菜單幫客人點菜去了。點好菜以後，服務員馬上回來，領取下一個需求，繼續爲別人客人服務去了。這種方式服務質量就不如一對一的服務了，當客人數據很多的時候可能需要等待。但好處也很明顯，由於在客人正吃飯着的時候服務員不用閒着了，服務員這個時間內可以爲其他客人服務了，原來10個服務員最多同時爲10桌客人服務，現在可能爲50桌，60客人服務了。
這種服務方式跟傳統的區別有兩個：
1、增加了一個角色，要有一個專門負責收集客人需求的人。NIO裏對應的就是Selector。
2、由阻塞服務方式改爲非阻塞服務了，客人吃着的時候服務員不用一直侯在客人旁邊了。傳統的IO操作，比如read()，當沒有數據可讀的時候，線程一直阻塞被佔用，直到數據到來。NIO中沒有數據可讀時，read()會立即返回0，線程不會阻塞。
NIO中，客戶端創建一個連接後，先要將連接註冊到Selector，相當於客人進入餐廳後，告訴前臺你要用餐，前臺會告訴你你的桌號是幾號，然後你就可能到那張桌子坐下了，SelectionKey就是桌號。當某一桌需要服務時，前臺就記錄哪一桌需要什麼服務，比如1號桌要點菜，2號桌要結帳，服務員從前臺取一條記錄，根據記錄提供服務，完了再來取下一條。這樣服務的時間就被最有效的利用起來了。
導讀：
J2SE1.4以上版本中發佈了全新的I/O類庫。NIO庫提供的一些新特性：非阻塞I/O，字符轉換，緩衝以及通道。NIO和IO都在rt.jar包中。
一、NIO的簡介
NIO包（java.nio.*）引入了四個關鍵的抽象數據類型，它們共同解決傳統的I/O類中的一些問題。
1． Buffer：它是包含數據且用於讀寫的線形表結構。其中還提供了一個特殊類用於內存映射文件的I/O操作。
2． Charset：它提供Unicode字符串影射到字節序列以及逆影射的操作。
3． Channels：包含socket，file和pipe三種管道，它實際上是雙向交流的通道。
4． Selector：它將多元異步I/O操作集中到一個或多個線程中（它可以被看成是Unix中select（）函數或Win32中WaitForSingleEvent（）函數的面向對象版本）。
二、IO的傳統方式
以網絡應用爲例，傳統方式需要監聽一個ServerSocket，接受請求的連接爲其提供服務（服務通常包括了處理請求併發送響應）圖一是服務器的生命週期圖，其中標有粗黑線條的部分表明會發生I/O阻塞。
圖一
可以分析創建服務器的每個具體步驟。首先創建ServerSocket
ServerSocket server=new ServerSocket（10000）；
然後接受新的連接請求
Socket newConnection=server.accept（）；
對於accept方法的調用將造成阻塞，直到ServerSocket接受到一個連接請求爲止。一旦連接請求被接受，服務器可以讀客戶socket中的請求。
1 InputStream in = newConnection.getInputStream(); 2 3 InputStreamReader reader = new InputStreamReader(in); 4 5 BufferedReader buffer = new BufferedReader(reader); 6 7 Request request = new Request(); 8 9 while(!request.isComplete()) { 10 11 String line = buffer.readLine(); 12 13 request.addLine(line); 14 }
這樣的操作有兩個問題，首先BufferedReader類的readLine（）方法在其緩衝區未滿時會造成線程阻塞，只有一定數據填滿了緩衝區或者客戶關閉了套接字，方法纔會返回。其次，它回產生大量的垃圾，BufferedReader創建了緩衝區來從客戶套接字讀入數據，但是同樣創建了一些字符串存儲這些數據。雖然BufferedReader內部提供了StringBuffer處理這一問題，但是所有的String很快變成了垃圾需要回收。
同樣的問題在發送響應代碼中也存在
1 Response response = request.generateResponse(); 2 3 OutputStream out = newConnection.getOutputStream(); 4 5 InputStream in = response.getInputStream()； 6 7 int ch； 8 9 while(-1 != (ch = in.read())) { 10 11 out.write(ch); 12 13 } 14 15 newConnection.close();
類似的，讀寫操作被阻塞而且向流中一次寫入一個字符會造成效率低下，所以應該使用緩衝區，但是一旦使用緩衝，流又會產生更多的垃圾。
傳統的解決方法
通常在Java中處理阻塞I/O要用到線程（大量的線程）。一般是實現一個線程池用來處理請求，如圖二
圖二
線程使得服務器可以處理多個連接，但是它們也同樣引發了許多問題。每個線程擁有自己的棧空間並且佔用一些CPU時間，耗費很大，而且很多時間是浪費在阻塞的I/O操作上，沒有有效的利用CPU。
三、NIO的詳細介紹
1． Buffer
傳統的I/O不斷的浪費對象資源（通常是String）。新I/O通過使用Buffer讀寫數據避免了資源浪費。Buffer對象是線性的，有序的數據集合，它根據其類別只包含唯一的數據類型。
java.nio.Buffer 類描述
java.nio.ByteBuffer 包含字節類型。 可以從ReadableByteChannel中讀在 WritableByteChannel中寫
java.nio.MappedByteBuffer 包含字節類型，直接在內存某一區域映射
java.nio.CharBuffer 包含字符類型，不能寫入通道
java.nio.DoubleBuffer 包含double類型，不能寫入通道
java.nio.FloatBuffer 包含float類型
java.nio.IntBuffer 包含int類型
java.nio.LongBuffer 包含long類型
java.nio.ShortBuffer 包含short類型
可以通過調用allocate(int capacity)方法或者allocateDirect(int capacity)方法分配一個Buffer。特別的，你可以創建MappedBytesBuffer通過調用FileChannel.map(int mode,long position,int size)。直接（direct）buffer在內存中分配一段連續的塊並使用本地訪問方法讀寫數據。非直接(nondirect)buffer通過使用Java中的數組訪問代碼讀寫數據。有時候必須使用非直接緩衝例如使用任何的wrap方法（如ByteBuffer.wrap(byte[])）在Java數組基礎上創建buffer。
2． 字符編碼
向ByteBuffer中存放數據涉及到兩個問題：字節的順序和字符轉換。ByteBuffer內部通過ByteOrder類處理了字節順序問題，但是並沒有處理字符轉換。事實上，ByteBuffer沒有提供方法讀寫String。
Java.nio.charset.Charset處理了字符轉換問題。它通過構造CharsetEncoder和CharsetDecoder將字符序列轉換成字節和逆轉換。
3． 通道(Channel)
你可能注意到現有的java.io類中沒有一個能夠讀寫Buffer類型，所以NIO中提供了Channel類來讀寫Buffer。通道可以認爲是一種連接，可以是到特定設備，程序或者是網絡的連接。通道的類等級結構圖如下
圖三
圖中ReadableByteChannel和WritableByteChannel分別用於讀寫。
GatheringByteChannel可以從使用一次將多個Buffer中的數據寫入通道，相反的，ScatteringByteChannel則可以一次將數據從通道讀入多個Buffer中。你還可以設置通道使其爲阻塞或非阻塞I/O操作服務。
爲了使通道能夠同傳統I/O類相容，Channel類提供了靜態方法創建Stream或Reader
4． Selector
在過去的阻塞I/O中，我們一般知道什麼時候可以向stream中讀或寫，因爲方法調用直到stream準備好時返回。但是使用非阻塞通道，我們需要一些方法來知道什麼時候通道準備好了。在NIO包中，設計Selector就是爲了這個目的。SelectableChannel可以註冊特定的事件，而不是在事件發生時通知應用，通道跟蹤事件。然後，當應用調用Selector上的任意一個selection方法時，它查看註冊了的通道看是否有任何感興趣的事件發生。圖四是selector和兩個已註冊的通道的例子
圖四
並不是所有的通道都支持所有的操作。SelectionKey類定義了所有可能的操作位，將要用兩次。首先，當應用調用SelectableChannel.register(Selector sel,int op)方法註冊通道時，它將所需操作作爲第二個參數傳遞到方法中。然後，一旦SelectionKey被選中了，SelectionKey的readyOps()方法返回所有通道支持操作的數位的和。SelectableChannel的validOps方法返回每個通道允許的操作。註冊通道不支持的操作將引發IllegalArgumentException異常。下表列出了SelectableChannel子類所支持的操作。
1 ServerSocketChannel OP_ACCEPT 2 3 SocketChannel OP_CONNECT, OP_READ, OP_WRITE 4 5 DatagramChannel OP_READ, OP_WRITE 6 7 Pipe.SourceChannel OP_READ 8 9 Pipe.SinkChannel OP_WRITE
四. 舉例說明
1． 簡單網頁內容下載
這個例子非常簡單，類SocketChannelReader使用SocketChannel來下載特定網頁的HTML內容。
package examples.nio;
package com.yineng.mycat; import java.nio.ByteBuffer; import java.nio.channels.SocketChannel; import java.nio.charset.Charset; import java.net.InetSocketAddress; import java.io.IOException; /** * @author kzfy * @data 2015/12/21 */ public class SocketChannelReader{ private Charset charset=Charset.forName("UTF-8");//創建UTF-8字符集 private SocketChannel channel; public void getHTMLContent(){ try{ connect(); sendRequest(); readResponse(); }catch(IOException e){ System.err.println(e.toString()); }finally{ if(channel!=null){ try{ channel.close(); }catch(IOException e){} } } } private void connect()throws IOException{//連接到CSDN InetSocketAddress socketAddress= new InetSocketAddress("http://www.csdn.net",80); channel=SocketChannel.open(socketAddress); //使用工廠方法open創建一個channel並將它連接到指定地址上 //相當與SocketChannel.open().connect(socketAddress);調用 } private void sendRequest()throws IOException{ channel.write(charset.encode("GET /document\r\n\r\n"));//發送GET請求到CSDN的文檔中心 //使用channel.write方法，它需要CharByte類型的參數，使用 //Charset.encode(String)方法轉換字符串。 } private void readResponse()throws IOException{//讀取應答 ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(1024);//創建1024字節的緩衝 while(channel.read(buffer)!=-1){ buffer.flip();//flip方法在讀緩衝區字節操作之前調用。 System.out.println(charset.decode(buffer)); //使用Charset.decode方法將字節轉換爲字符串 buffer.clear();//清空緩衝 } } public static void main(String [] args){ new SocketChannelReader().getHTMLContent(); } }