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2.1-XNIO基础.md

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XNIO基础

Undertow的NIO使用XNIO组件，这一篇介绍什么是NIO，以及XNIO的基础。

NIO

Java NIO 是由 Java 1.4 引进的异步 IO，Java NIO 由以下几个核心部分组成：

  • Channel
  • Buffer
  • Selector

NIO 和 IO 的对比

IO 和 NIO 的区别主要体现在三个方面：

  • IO 基于流(Stream oriented)， 而 NIO 基于 Buffer (Buffer oriented)
  • IO 操作是阻塞的， 而 NIO 操作是非阻塞的
  • IO 没有 selector 概念， 而 NIO 有 selector 概念
  1. 基于 Stream 与基于 Buffer

传统的 IO 是面向字节流或字符流的，而在 NIO 中，我们抛弃了传统的 IO 流，而是引入了 Channel 和 Buffer 的概念。在 NIO 中，我只能从 Channel 中读取数据到 Buffer 中或将数据从 Buffer 中写入到 Channel。

那么什么是 基于流 呢? 在一般的 Java IO 操作中，我们以流式的方式顺序地从一个 Stream 中读取一个或多个字节，因此我们也就不能随意改变读取指针的位置。

而 基于 Buffer 就显得有点不同了，我们首先需要从 Channel 中读取数据到 Buffer 中，当 Buffer 中有数据后，我们就可以对这些数据进行操作了，不像 IO 那样是顺序操作，NIO 中我们可以随意地读取任意位置的数据。

  1. 阻塞和非阻塞

Java 提供的各种 Stream 操作都是阻塞的， 例如我们调用一个 read 方法读取一个文件的内容， 那么调用 read 的线程会被阻塞住， 直到 read 操作完成。

而 NIO 的非阻塞模式允许我们非阻塞地进行 IO 操作。例如我们需要从网络中读取数据，在 NIO 的非阻塞模式中，当我们调用 read 方法时，如果此时有数据，则 read 读取并返回，如果此时没有数据，则 read 直接返回，而不会阻塞当前线程。

  1. selector

selector 是 NIO 中才有的概念， 它是 Java NIO 之所以可以非阻塞地进行 IO 操作的关键。

通过 Selector， 一个线程可以监听多个 Channel 的 IO 事件， 当我们向一个 Selector 中注册了 Channel 后， Selector 内部的机制就可以自动地为我们不断地查询(select) 这些注册的 Channel 是否有已就绪的 IO 事件(例如可读， 可写， 网络连接完成等)。通过这样的 Selector 机制，我们就可以很简单地使用一个线程高效地管理多个 Channel 了。

XNIO

XNIO基于JDK NIO扩展和封装，提供一套包含阻塞和非阻塞IO的简单API，不用麻烦的操作Selector，XNIO有下面特点：

  • Channel，是传输管道的抽象概念，在NIO的Channel上进行的扩展加强，使用ChannelListener API进行事件通知。在创建Channel时，就赋予IO线程，用于执行所有的ChannelListener回调方法。
  • 区分IO线程和工作线程，创建一个工作线程池可以用来执行阻塞任务。一般情况下，非阻塞的Handler由IO线程执行，而阻塞任务比如Servlet则被调度到工作线程池执行。这样就很好的区分了阻塞和非阻塞的两种情形。
  • 对ByteBuffer进行池化管理。简单来说就是开发者在程序开始时就计划好读写缓存区大小，统一分配好放到池中，Xnio中有Pool和Pooled接口用来管理池化缓存区。以前在接收网络数据时，往往简单的new出一块数据区，填充，解析，使用，最后丢弃，这种方法随着大量的数据读入，必然造成GC反复出现。重用缓存区就可以在这个方面解决一部分问题。

为什么使用XNIO

业界主要流行的NIO框架有Netty和Mina，关于Undertow为什么使用XNIO，官方的答复如下：

简单来说，就是XNIO跟Undertow都是JBoss下面的产品，并且XNIO提供的功能刚好跟Undertow要求的契合，还有XNIO有更好的向后兼容能力，这点对Undertow是很重要的概念，所以选择XNIO作为Undertow底层的NIO实现框架。

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