Java核心深入理解BIONIOAIO

Posted 2020-12-01 小伟2021

  目标： 

 

1. BIO、NIO、AIO 的区别是什么？
2. 同/异步、阻/非阻塞的区别是什么？
3. 文件读写最优雅的实现方式是什么？
4. NIO 如何实现多路复用功能？

 

一，IO的介绍：

      （1）IO的全称其实是：Input/Output的缩写。　

      （2）我们通常所说的 BIO 是相对于 NIO 来说的，BIO 也就是 Java 开始之初推出的 IO 操作模块，BIO 是 BlockingIO 的缩写，顾名思义就是阻塞 IO 的意思。

1.1 BIO、NIO、AIO的区别

• BIO 就是传统的 java.io 包，它是基于流模型实现的，交互的方式是同步、阻塞方式，也就是说在读入输入流或者输出流时，在读写动作完成之前，线程会一直阻塞在那里，它们之间的调用时可靠的线性顺序。它的有点就是代码比较简单、直观；缺点就是 IO 的效率和扩展性很低，容易成为应用性能瓶颈。
• NIO 是 Java 1.4 引入的 java.nio 包，提供了 Channel、Selector、Buffer 等新的抽象，可以构建多路复用的、同步非阻塞 IO 程序，同时提供了更接近操作系统底层高性能的数据操作方式。
•  AIO 是 Java 1.7 之后引入的包，是 NIO 的升级版本，提供了异步非堵塞的 IO 操作方式，所以人们叫它 AIO（Asynchronous IO），异步 IO 是基于事件和回调机制实现的，也就是应用操作之后会直接返回，不会堵塞在那里，当后台处理完成，操作系统会通知相应的线程进行后续的操作。

1.2 全面认识 IO

     传统的 IO 大致可以分为4种类型：   

• InputStream、OutputStream 基于字节操作的 IO
• Writer、Reader 基于字符操作的 IO
• File 基于磁盘操作的 IO
• Socket 基于网络操作的 IO

       注意：

       （1）java.net 下提供的 Scoket 很多时候人们也把它归为 同步阻塞 IO ,因为网络通讯同样是 IO 行为。

       （2）java.io 下的类和接口很多，但大体都是 InputStream、OutputStream、Writer、Reader 的子集，所有掌握这4个类和File的使用，是用好 IO 的关键。

1.3 IO 使用

     接下来看 InputStream、OutputStream、Writer、Reader 的继承关系图和使用示例。

    继承关系图和类方法，如下图：

          

 

InputStream 使用示例：

InputStream inputStream = new FileInputStream("D:\\\\log.txt");
byte[] bytes = new byte[inputStream.available()];
inputStream.read(bytes);
String str = new String(bytes, "utf-8");
System.out.println(str);
inputStream.close();

1.3.2 OutputStream 使用

   

 

 

 OutputStream 使用示例：

OutputStream outputStream = new FileOutputStream("D:\\\\log.txt",true); // 参数二，表示是否追加，true=追加
outputStream.write("你好，老王".getBytes("utf-8"));
outputStream.close();

1.3.3 Writer 使用

  Writer 继承关系图和类方法，如下图：   

      

 

 

 Writer 使用示例：

Writer writer = new FileWriter("D:\\\\log.txt",true); // 参数二，是否追加文件，true=追加
writer.append("老王，你好");
writer.close();

1.3.4 Reader 使用

  

 

 Reader 使用示例：

Reader reader = new FileReader(filePath);
BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(reader);
StringBuffer bf = new StringBuffer();
String str;
while ((str = bufferedReader.readLine()) != null) {
    bf.append(str + "\\n");
}
bufferedReader.close();
reader.close();
System.out.println(bf.toString());

二、同步、异步、阻塞、非阻塞

   2.1 同步与异步

      同步就是一个任务的完成需要依赖另外一个任务时，只有等待被依赖的任务完成后，依赖的任务才能算完成，这是一种可靠的任务序列。要么成功都成功，失败都失败，两个任务的状态可以保持一致。而异步是不需要等待被依赖的任务完成，只是通知被依赖的任务要完成什么工作，依赖的任务也立即执行，只要自己完成了整个任务就算完成了。至于被依赖的任务最终是否真正完成，依赖它的任务无法确定，所以它是不可靠的任务序列。我们可以用打电话和发短信来很好的比喻同步与异步操作。

  2.2 阻塞与非阻塞

      阻塞与非阻塞主要是从 CPU 的消耗上来说的，阻塞就是 CPU 停下来等待一个慢的操作完成 CPU 才接着完成其它的事。非阻塞就是在这个慢的操作在执行时 CPU 去干其它别的事，等这个慢的操作完成时，CPU 再接着完成后续的操作。虽然表面上看非阻塞的方式可以明显的提高 CPU 的利用率，但是也带了另外一种后果就是系统的线程切换增加。增加的 CPU 使用时间能不能补偿系统的切换成本需要好好评估。

      

参考博客： （1）详细理解：Java 的 I/O 类库的基本架构

                   （2）概述了解：Java 中 IO 流分为几种？字符流和字节流的区别？java处理流的优点？BIO,NIO,AIO 有什么区别？