Java中IO和NIO比较

By AverageJoeWang
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Java NIO(New Input/Output)——新的输入/输出API包——是2002年引入到J2SE 1.4里的。Java NIO的目标是提高Java平台上的I/O密集型任务的性能。

简单描述NIO与IO不同点:

IO NIO
面向流 面向缓冲
阻塞IO 非阻塞IO
选择器(selector)

面向流与面向缓冲

Java NIO与IO的最大区别就是,IO是面向流的,NIO是面向缓冲的。

  • 面向流:java IO面向流指的是每次都是从流中读取一个或多个字节,直到读取完所有字节,期间并没有被缓存,如需缓存需要另加到缓存区(如通过BufferedInputStream)。
  • 面向缓冲:Java NIO面向缓冲指的是数据直接被读取到稍后处理的缓冲区中,需要的时候在从缓冲区获取数据。这就增加了处理的灵活性,但是读取数据的时候需要检查缓冲区是否含有所需要的数据。

阻塞IO与非阻塞IO

  • 阻塞IO: java IO中各种流是阻塞的,意思是当线程执行read()或write()操作时,该线程不能干其他事情,直至读,写操作完成。所以这种模式一旦有大规模的并发行为时,每一个访问都需要开启一个单独的线程进行处理,这样就会有大量的线程切换操作,影响效率。
  • 非阻塞IO: Java NIO的非阻塞模式,使一个线程从某通道发送请求读取数据,但是它仅能得到目前可用的数据,如果目前没有数据可用时,就什么都不会获取,而不是保持线程阻塞,所以直至数据变的可以读取之前,该线程可以继续做其他的事情。 非阻塞写也是如此,一个线程请求写入一些数据到某通道,但不需要等待它完全写入,这个线程同时可以去做别的事情。 线程通常将非阻塞IO的空闲时间用于在其它通道上执行IO操作。所以一个单独的线程现在可以管理多个输入和输出通道(channel),只要注册到一个selector中,当有数据放入通道的时候,selector就会得知哪些channel就绪,这时就可以做响应的处理,这样服务端只有一个线程就可以处理大部分情况(当然有些持续性操作,比如上传下载一个大文件,用NIO的方式不会比IO好)。

通过两个模式的比较,可以看出IO是直连的,每个请求都给一条线程来处理,但是NIO却是基于选择器(selector)来处理,直到读写的数据准备好后,才会通知相应的线程来进行处理。总而言之:“selector不会让channel白占资源,没事的时候给我去睡觉。”

注意:NIO是基于字节进行传输,在IO时要注意decode/encode。

通道(Channel)

java.io类中没有一个类能够读写Buffer类型,所以NIO中提供了Channel类来读写Buffer。通道可以认为是一种连接,可以是到特定设备,程序或者是网络的连接。类似于IO的stream,但是不同的是除了FileChannel,其他的channel都能以非阻塞状态运行。FileChannel执行的是文件的操作,可以直接DMA操作内存而不依赖于CPU。其他比如SocketChannel就可以在数据准备好时才进行调用。

选择器(Selector)

Java NIO的选择器允许一个单独的线程来监视多个输入通道,你可以注册多个通道使用一个选择器,然后使用一个单独的线程来“选择”通道:这些通道里已经有可以处理的输入,或者选择已准备写入的通道。这种选择机制,使得一个单独的线程很容易来管理多个通道。

字符编码

向ByteBuffer中存放数据涉及到两个问题:字节的顺序和字符转换。ByteBuffer内部通过ByteOrder类处理了字节顺序问题,但是并没有处理字符转换。事实上,ByteBuffer没有提供方法读写String。所以通过Java.nio.charset.Charset处理了字符转换问题。

以上是我所了解的Java NIO的基本知识,以后实现具体的实例在来补充。