Java NIO 網路程式設計入門：從阻塞 I/O 到 Selector 多工模式的完整遷移指南

深入淺出講解 Java NIO 核心三大元件，對比傳統阻塞 I/O 與多執行緒模型缺點，完整實作非阻塞 Echo Client/Server，展示 Selector 事件驅動架構。

為何需要 NIO

• 傳統 Socket 調用阻塞，大量連線需建立大量執行緒 → 硬體資源耗盡、執行緒切換開銷大、優先級難控制、Client 間交互困難。
• 單執行緒輪詢非阻塞 I/O → 無法即時回應、CPU 忙碌輪詢。
• NIO 提供 Selector (多工器)：單一執行緒監控成百上千 Channel，只處理就緒事件 (Accept/Read/Write)。

核心三大類別

• java.nio.channels.Channel：可註冊至 Selector 的 I/O 來源 (檔案/網路)。
• java.nio.channels.Selector：監控多個 Channel 的就緒事件。
• java.nio.Buffer：讀寫資料的容器，取代 Stream，可控制緩衝區大小與操作。

非阻塞 Echo Client

SocketChannel clntChan = SocketChannel.open();
clntChan.configureBlocking(false);
// 非阻塞連線
if (!clntChan.connect(new InetSocketAddress(server, port))) {
  while (!clntChan.finishConnect()) { /* 做其他事 */ }
}
ByteBuffer writeBuf = ByteBuffer.wrap(msgBytes);
ByteBuffer readBuf = ByteBuffer.allocate(msgBytes.length);
// 讀寫迴圈皆非阻塞

Selector 架構 Echo Server

1. 定義 TCPProtocol 介面：handleAccept/Read/Write(SelectionKey)。
2. TCPServerSelector：建立 Selector，註冊多個 ServerSocketChannel (OP_ACCEPT)，事件迴圈 selector.select() 後分派給 Protocol 實作。
3. EchoSelectorProtocol：實作三個 handler，利用 SelectionKey.attach(ByteBuffer) 保存每連線緩衝區，key.interestOps() 動態調整關注事件。

關鍵 API

• channel.register(selector, ops, attachment)
• selector.select(timeout) 回傳就緒 Channel 數量。
• key.isAcceptable()/isReadable()/isWritable()
• Buffer.flip()/compact() 切換讀寫模式。