Java NIO 概览

Created at 2018-05-11 Updated at 2018-05-13 Category JavaNIO Tag JavaNIO

一 NIO简介

Java NIOjava 1.4 之后新出的一套IO接口,这里的的新是相对于原有标准的Java IO和Java Networking接口。NIO提供了一种完全不同的操作方式。

NIO中的N可以理解为Non-blocking,不单纯是New。

它支持面向缓冲的,基于通道的I/O操作方法。 随着JDK 7的推出,NIO系统得到了扩展,为文件系统功能和文件处理提供了增强的支持。 由于NIO文件类支持的这些新的功能,NIO被广泛应用于文件处理。

二 NIO的特性/NIO与IO区别

Java NIO基本组件如下

1 Channels and Buffers(通道和缓冲区)

IO是面向流的,NIO是面向缓冲区的

  • 标准的IO编程接口是面向字节流和字符流的。而NIO是面向通道和缓冲区的,数据总是从通道中读到buffer缓冲区内,或者从buffer缓冲区写入到通道中;( NIO中的所有I/O操作都是通过一个通道开始的。)
  • Java IO面向流意味着每次从流中读一个或多个字节,直至读取所有字节,它们没有被缓存在任何地方;
  • Java NIO是面向缓存的I/O方法。 将数据读入缓冲器,使用通道进一步处理数据。 在NIO中,使用通道和缓冲区来处理I/O操作。

2 Non-blocking IO(非阻塞IO)

IO流是阻塞的,NIO流是不阻塞的

  • Java NIO使我们可以进行非阻塞IO操作。比如说,单线程中从通道读取数据到buffer,同时可以继续做别的事情,当数据读取到buffer中后,线程再继续处理数据。写数据也是一样的。另外,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。

  • Java IO的各种流是阻塞的。这意味着,当一个线程调用read() 或 write()时,该线程被阻塞,直到有一些数据被读取,或数据完全写入。该线程在此期间不能再干任何事情了

3 Selectors(选择器)

NIO有选择器,而IO没有。

  • 选择器用于使用单个线程处理多个通道。因此,它需要较少的线程来处理这些通道。
  • 线程之间的切换对于操作系统来说是昂贵的。 因此,为了提高系统效率选择器是有用的。

三 读数据和写数据方式

通常来说NIO中的所有IO都是从 Channel(通道) 开始的。

从通道进行数据读取 :创建一个缓冲区,然后请求通道读取数据。

从通道进行数据写入 :创建一个缓冲区,填充数据,并要求通道写入数据。

数据读取和写入操作图示:

Java NIO基本组件如下

四 NIO核心组件简单介绍

NIO包含下面几个核心的组件:

  • Channels
  • Buffers
  • Selectors

整个NIO体系包含的类远远不止这三个,只能说这三个是NIO体系的“核心API”。

通道

在Java NIO中,主要使用的通道如下(涵盖了UDP 和 TCP 网络IO,以及文件IO):

  • DatagramChannel
  • SocketChannel
  • FileChannel
  • ServerSocketChannel

缓冲区

在Java NIO中使用的核心缓冲区如下(覆盖了通过I/O发送的基本数据类型:byte, char、short, int, long, float, double ,long):

  • ByteBuffer
  • CharBuffer
  • ShortBuffer
  • IntBuffer
  • FloatBuffer
  • DoubleBuffer
  • LongBuffer

选择器

Java NIO提供了“选择器”的概念。这是一个可以用于监视多个通道的对象,如数据到达,连接打开等。因此,单线程可以监视多个通道中的数据。

如果应用程序有多个通道(连接)打开,但每个连接的流量都很低,则可考虑使用它。 例如:在聊天服务器中。

下面是一个单线程中Slector维护3个Channel的示意图:

线程使用选择器来处理3个通道

要使用Selector的话,我们必须把Channel注册到Selector上,然后就可以调用Selector的select()方法。这个方法会进入阻塞,直到有一个channel的状态符合条件。当方法返回后,线程可以处理这些事件。

参考:

官方JDK相关文档

谷歌搜索排名第一的Java NIO教程

Java NIO 与 IO之间的区别

《Java程序员修炼之道》

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