I/O簡(jiǎn)介

在 Java 編程中，直到最近一直使用 流 的方式完成 I/O。所有 I/O 都被視為單個(gè)的字節(jié)的移動(dòng)，通過(guò)一個(gè)稱為 Stream 的對(duì)象一次移動(dòng)一個(gè)字節(jié)。流 I/O 用于與外部世界接觸。它也在內(nèi)部使用，用于將對(duì)象轉(zhuǎn)換為字節(jié)，然后再轉(zhuǎn)換回對(duì)象。

Java NIO即Java Non-blocking IO(Java非阻塞I/O)，因?yàn)槭窃贘dk1.4之后增加的一套新的操作I/O工具包，所以一般會(huì)被叫做Java New IO。NIO是為提供I/O吞吐量而專門(mén)設(shè)計(jì)，其卓越的性能甚至可以與C媲美。NIO是通過(guò)Reactor模式的事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制來(lái)達(dá)到Non blocking的，那么什么是Reactor模式呢？Reactor翻譯成中文是“反應(yīng)器”，就是我們將事件注冊(cè)到Reactor中，當(dāng)有相應(yīng)的事件發(fā)生時(shí)，Reactor便會(huì)告知我們有哪些事件發(fā)生了，我們?cè)俑鶕?jù)具體的事件去做相應(yīng)的處理。

NIO 與原來(lái)的 I/O 有同樣的作用和目的，但是它使用不同的方式?塊I/O。塊 I/O 的效率可以比流 I/O 高許多。NIO 的創(chuàng)建目的是為了讓 Java 程序員可以實(shí)現(xiàn)高速 I/O 而無(wú)需編寫(xiě)自定義的本機(jī)代碼。NIO 將最耗時(shí)的 I/O 操作(即填充和提取緩沖區(qū))轉(zhuǎn)移回操作系統(tǒng)，因而可以極大地提高速度。

面向流 的 I/O 系統(tǒng)一次一個(gè)字節(jié)地處理數(shù)據(jù)。一個(gè)輸入流產(chǎn)生一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，一個(gè)輸出流消費(fèi)一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。為流式數(shù)據(jù)創(chuàng)建過(guò)濾器非常容易。鏈接幾個(gè)過(guò)濾器，以便每個(gè)過(guò)濾器只負(fù)責(zé)單個(gè)復(fù)雜處理機(jī)制的一部分，這樣也是相對(duì)簡(jiǎn)單的。不利的一面是，面向流的 I/O 通常相當(dāng)慢。

一個(gè) 面向塊 的 I/O 系統(tǒng)以塊的形式處理數(shù)據(jù)。每一個(gè)操作都在一步中產(chǎn)生或者消費(fèi)一個(gè)數(shù)據(jù)塊。按塊處理數(shù)據(jù)比按(流式的)字節(jié)處理數(shù)據(jù)要快得多。但是面向塊的 I/O 缺少一些面向流的 I/O 所具有的優(yōu)雅性和簡(jiǎn)單性。

NIO介紹

NIO有三個(gè)核心模塊：Selector(選擇器)、Channel(通道)、Buffer(緩沖區(qū))，另外java.nio.charsets包下新增的字符集類也是nio一個(gè)重要的模塊，但個(gè)人覺(jué)得不算是NIO的核心，只是一個(gè)供NIO核心類使用的工具類。

通道和緩沖區(qū)

什么是通道

通道是對(duì)原 I/O 包中的流的模擬。到任何目的地(或來(lái)自任何地方)的所有數(shù)據(jù)都必須通過(guò)一個(gè) Channel 對(duì)象。一個(gè) Buffer 實(shí)質(zhì)上是一個(gè)容器對(duì)象。發(fā)送給一個(gè)通道的所有對(duì)象都必須首先放到緩沖區(qū)中；同樣地，從通道中讀取的任何數(shù)據(jù)都要讀到緩沖區(qū)中。

Channel是一個(gè)對(duì)象，可以通過(guò)它讀取和寫(xiě)入數(shù)據(jù)。拿 NIO 與原來(lái)的 I/O 做個(gè)比較，通道就像是流。正如前面提到的，所有數(shù)據(jù)都通過(guò) Buffer 對(duì)象來(lái)處理。你永遠(yuǎn)不會(huì)將字節(jié)直接寫(xiě)入通道中，相反，你是將數(shù)據(jù)寫(xiě)入包含一個(gè)或者多個(gè)字節(jié)的緩沖區(qū)。同樣，你不會(huì)直接從通道中讀取字節(jié)，而是將數(shù)據(jù)從通道讀入緩沖區(qū)，再?gòu)木彌_區(qū)獲取這個(gè)字節(jié)。

下面是JAVA NIO中的一些主要Channel的實(shí)現(xiàn)：

FileChannel DatagramChannel SocketChannel ServerSocketChannel

正如你所看到的，這些通道涵蓋了UDP 和 TCP 網(wǎng)絡(luò)IO，以及文件IO。

什么是緩沖區(qū)

Buffer 是一個(gè)對(duì)象， 它包含一些要寫(xiě)入或者剛讀出的數(shù)據(jù)。 在 NIO 中加入 Buffer 對(duì)象，體現(xiàn)了新庫(kù)與原 I/O 的一個(gè)重要區(qū)別。在面向流的 I/O 中，將數(shù)據(jù)直接寫(xiě)入或者將數(shù)據(jù)直接讀到 Stream 對(duì)象中。在 NIO 庫(kù)中，所有數(shù)據(jù)都是用緩沖區(qū)處理的。在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，它是直接讀到緩沖區(qū)中的。在寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)，它是寫(xiě)入到緩沖區(qū)中的。任何時(shí)候訪問(wèn) NIO 中的數(shù)據(jù)，您都是將它放到緩沖區(qū)中。緩沖區(qū)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)數(shù)組。通常它是一個(gè)字節(jié)數(shù)組，但是也可以使用其他種類的數(shù)組。但是一個(gè)緩沖區(qū)不 僅僅 是一個(gè)數(shù)組。緩沖區(qū)提供了對(duì)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化訪問(wèn)，而且還可以跟蹤系統(tǒng)的讀/寫(xiě)進(jìn)程。

Buffer與channel的關(guān)系如下：

最常用的緩沖區(qū)類型是 ByteBuffer。一個(gè) ByteBuffer 可以在其底層字節(jié)數(shù)組上進(jìn)行 get/set 操作(即字節(jié)的獲取和設(shè)置)。ByteBuffer 不是 NIO 中唯一的緩沖區(qū)類型。事實(shí)上，對(duì)于每一種基本 Java 類型都有一種緩沖區(qū)類型：

ByteBuffer CharBuffer ShortBuffer IntBuffer LongBuffer FloatBuffer DoubleBuffer

每一個(gè) Buffer 類都是 Buffer 接口的一個(gè)實(shí)例。 除了 ByteBuffer，每一個(gè) Buffer 類都有完全一樣的操作，只是它們所處理的數(shù)據(jù)類型不一樣。因?yàn)榇蠖鄶?shù)標(biāo)準(zhǔn) I/O 操作都使用 ByteBuffer，所以它具有所有共享的緩沖區(qū)操作以及一些特有的操作。

什么是Selector在并發(fā)型服務(wù)器程序中使用NIO，實(shí)際上是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)事件驅(qū)動(dòng)模型實(shí)現(xiàn)的。我們應(yīng)用Select 機(jī)制，不用為每一個(gè)客戶端連接新啟線程處理，而是將其注冊(cè)到特定的Selector 對(duì)象上，這就可以在單線程中利用Selector 對(duì)象管理大量并發(fā)的網(wǎng)絡(luò)連接，更好的利用了系統(tǒng)資源；采用非阻塞I/O的通信方式，不要求阻塞等待I/O 操作完成即可返回，從而減少了管理I/O 連接導(dǎo)致的系統(tǒng)開(kāi)銷，大幅度提高了系統(tǒng)性能。

當(dāng)有讀或?qū)懙热魏巫?cè)的事件發(fā)生時(shí)，可以從Selector 中獲得相應(yīng)的SelectionKey ， 從SelectionKey 中可以找到發(fā)生的事件和該事件所發(fā)生的具體的SelectableChannel，以獲得客戶端發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)。由于在非阻塞網(wǎng)絡(luò)I/O 中采用了事件觸發(fā)機(jī)制，處理程序可以得到系統(tǒng)的主動(dòng)通知，從而可以實(shí)現(xiàn)底層網(wǎng)絡(luò)I/O無(wú)阻塞、流暢地讀寫(xiě)，而不像在原來(lái)的阻塞模式下處理程序需要不斷循環(huán)等待。使用NIO，可以編寫(xiě)出性能更好、更易擴(kuò)展的并發(fā)型服務(wù)器程序。

這是在一個(gè)單線程中使用一個(gè)Selector處理3個(gè)Channel的圖示：

要使用Selector，得先向Selector注冊(cè)Channel，然后調(diào)用它的select()方法。這個(gè)方法會(huì)一直阻塞到某個(gè)注冊(cè)的通道有事件就緒。一旦這個(gè)方法返回，線程就可以處理這些事件，事件的例子比如有新連接進(jìn)來(lái)或是數(shù)據(jù)接收等。

以上就是簡(jiǎn)單了解JAVA NIO的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于java NIO的資料請(qǐng)關(guān)注好吧啦網(wǎng)其它相關(guān)文章！