Java NIO

Published: 02 Nov 2015 Category: java

0、概述

nio 是New IO 的简称,在jdk1.4 里提供的新api 。

Sun 官方标榜的特性如下: 为所有的原始类型提供(Buffer)缓存支持。字符集编码解码解决方案。

Channel :一个新的原始I/O 抽象。 支持锁和内存映射文件的文件访问接口。提供多路(non-bloking)非阻塞式的高伸缩性网络I/O 。

1、java NIO原理及通信模型

NIO是非阻塞式I/O。

java NIO的工作原理:

  1. 由一个专门的线程来处理所有的 IO 事件,并负责分发。
  2. 事件驱动机制:事件到的时候触发,而不是同步的去监视事件。
  3. 线程通讯:线程之间通过 wait,notify 等方式通讯。保证每次上下文切换都是有意义的。减少无谓的线程切换。

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Java NIO的服务端只需启动一个专门的线程来处理所有的 IO 事件,这种通信模型采用了双向通道(channel)进行数据传输,而不是单向的流(stream),在通道上可以注册四种事件:服务端接收客户端连接事件(OP_ACCEPT)、客户端连接服务端事件(OP_CONNECT)、读事件(OP_READ)、写事件(OP_WRITE).

2、几个核心部分组成

  • Channels
  • Buffers
  • Selectors:Selector允许单线程处理多个 Channel。如果你的应用打开了多个连接(通道),但每个连接的流量都很低,使用Selector就会很方便。

其它组件,如Pipe和FileLock,只不过是与三个核心组件共同使用的工具类。

基本上,所有的 IO 在NIO 中都从一个Channel 开始。Channel 有点象流。 数据可以从Channel读到Buffer中,也可以从Buffer 写到Channel中。

Channel和Buffer有好几种类型。下面是JAVA NIO中的一些主要Channel的实现:

  • FileChannel
  • DatagramChannel
  • SocketChannel
  • ServerSocketChannel

这些通道涵盖了UDP 和 TCP 网络IO,以及文件IO。

3、与IO的主要区别

  1. 面向流与面向缓冲

    Java NIO和IO之间第一个最大的区别是,IO是面向流的,NIO是面向缓冲区的。 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。此外,它不能前后移动流中的数据。如果需要前后移动从流中读取的数据,需要先将它缓存到一个缓冲区。 Java NIO的缓冲导向方法略有不同。数据读取到一个它稍后处理的缓冲区,需要时可在缓冲区中前后移动。这就增加了处理过程中的灵活性。但是,还需要检查是否该缓冲区中包含所有您需要处理的数据。而且,需确保当更多的数据读入缓冲区时,不要覆盖缓冲区里尚未处理的数据。

  2. 阻塞与非阻塞IO

    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。 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)。

  3. 选择器(Selectors)
    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。

4、NIO和IO如何影响应用程序的设计

无论您选择IO或NIO工具箱,可能会影响您应用程序设计的以下几个方面:

  1. 对NIO或IO类的API调用。
  2. 数据处理。(一种是面向流,一种是面向缓冲)
  3. 用来处理数据的线程数。NIO可让您只使用一个(或几个)单线程管理多个通道(网络连接或文件),但付出的代价是解析数据可能会比从一个阻塞流中读取数据更复杂。