Java NIO 概览

Posted 2023-02-26 worldchinalee

一 NIO简介

Java NIO 是 java 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

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：

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：

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:https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/

谷歌搜索排名第一的Java NIO教程:http://tutorials.jenkov.com/java-nio/channels.html

Java NIO 与 IO之间的区别:https://blog.csdn.net/evan_man/article/details/50910542

《Java程序员修炼之道》:https://book.douban.com/subject/24841235/