I/O簡介

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 都被視為單個的字節(jié)的移動，通過一個稱為 Stream 的對象一次移動一個字節(jié)。流 I/O 用于與外部世界接觸。它也在內(nèi)部使用，用于將對象轉(zhuǎn)換為字節(jié)，然后再轉(zhuǎn)換回對象。

Java NIO即Java Non-blocking IO(Java非阻塞I/O)，因為是在Jdk1.4之后增加的一套新的操作I/O工具包，所以一般會被叫做Java New IO。NIO是為提供I/O吞吐量而專門設(shè)計，其卓越的性能甚至可以與C媲美。NIO是通過Reactor模式的事件驅(qū)動機制來達到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到Reactor中，當有相應(yīng)的事件發(fā)生時，Reactor便會告知我們有哪些事件發(fā)生了，我們再根據(jù)具體的事件去做相應(yīng)的處理。

NIO 與原來的 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 程序員可以實現(xiàn)高速 I/O 而無需編寫自定義的本機代碼。NIO 將最耗時的 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)一次一個字節(jié)地處理數(shù)據(jù)。一個輸入流產(chǎn)生一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，一個輸出流消費一個字節(jié)的數(shù)據(jù)。為流式數(shù)據(jù)創(chuàng)建過濾器非常容易。鏈接幾個過濾器，以便每個過濾器只負責單個復(fù)雜處理機制的一部分，這樣也是相對簡單的。不利的一面是，面向流的 I/O 通常相當慢。

一個 面向塊 的 I/O 系統(tǒng)以塊的形式處理數(shù)據(jù)。每一個操作都在一步中產(chǎn)生或者消費一個數(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)雅性和簡單性。

NIO介紹

NIO有三個核心模塊：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一個重要的模塊，但個人覺得不算是NIO的核心，只是一個供NIO核心類使用的工具類。

通道和緩沖區(qū)

什么是通道

通道是對原 I/O 包中的流的模擬。到任何目的地(或來自任何地方)的所有數(shù)據(jù)都必須通過一個 Channel 對象。一個 Buffer 實質(zhì)上是一個容器對象。發(fā)送給一個通道的所有對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是一個對象，可以通過它讀取和寫入數(shù)據(jù)。拿 NIO 與原來的 I/O 做個比較，通道就像是流。
正如前面提到的，所有數(shù)據(jù)都通過 Buffer 對象來處理。你永遠不會將字節(jié)直接寫入通道中，相反，你是將數(shù)據(jù)寫入包含一個或者多個字節(jié)的緩沖區(qū)。同樣，你不會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)，再從緩沖區(qū)獲取這個字節(jié)。

下面是JAVA NIO中的一些主要Channel的實現(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 是一個對象， 它包含一些要寫入或者剛讀出的數(shù)據(jù)。 在 NIO 中加入 Buffer 對象，體現(xiàn)了新庫與原 I/O 的一個重要區(qū)別。在面向流的 I/O 中，將數(shù)據(jù)直接寫入或者將數(shù)據(jù)直接讀到 Stream 對象中。在 NIO 庫中，所有數(shù)據(jù)都是用緩沖區(qū)處理的。在讀取數(shù)據(jù)時，它是直接讀到緩沖區(qū)中的。在寫入數(shù)據(jù)時，它是寫入到緩沖區(qū)中的。任何時候訪問 NIO 中的數(shù)據(jù)，您都是將它放到緩沖區(qū)中。緩沖區(qū)實質(zhì)上是一個數(shù)組。通常它是一個字節(jié)數(shù)組，但是也可以使用其他種類的數(shù)組。但是一個緩沖區(qū)不 僅僅 是一個數(shù)組。緩沖區(qū)提供了對數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化訪問，而且還可以跟蹤系統(tǒng)的讀/寫進程。

Buffer與channel的關(guān)系如下：

最常用的緩沖區(qū)類型是 ByteBuffer。一個 ByteBuffer 可以在其底層字節(jié)數(shù)組上進行 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。事實上，對于每一種基本 Java 類型都有一種緩沖區(qū)類型：

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

每一個 Buffer 類都是 Buffer 接口的一個實例。 除了 ByteBuffer，每一個 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。因為大多數(shù)標準 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，實際上是通過網(wǎng)絡(luò)事件驅(qū)動模型實現(xiàn)的。我們應(yīng)用Select 機制，不用為每一個客戶端連接新啟線程處理，而是將其注冊到特定的Selector 對象上，這就可以在單線程中利用Selector 對象管理大量并發(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)開銷，大幅度提高了系統(tǒng)性能。

當有讀或?qū)懙热魏巫缘氖录l(fā)生時，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)送過來的數(shù)據(jù)。由于在非阻塞網(wǎng)絡(luò)I/O 中采用了事件觸發(fā)機制，處理程序可以得到系統(tǒng)的主動通知，從而可以實現(xiàn)底層網(wǎng)絡(luò)I/O無阻塞、流暢地讀寫，而不像在原來的阻塞模式下處理程序需要不斷循環(huán)等待。使用NIO，可以編寫出性能更好、更易擴展的并發(fā)型服務(wù)器程序。

這是在一個單線程中使用一個Selector處理3個Channel的圖示：

要使用Selector，得先向Selector注冊Channel，然后調(diào)用它的select()方法。這個方法會一直阻塞到某個注冊的通道有事件就緒。一旦這個方法返回，線程就可以處理這些事件，事件的例子比如有新連接進來或是數(shù)據(jù)接收等。

以上就是簡單了解JAVA NIO的詳細內(nèi)容，更多關(guān)于java NIO的資料請關(guān)注服務(wù)器之家其它相關(guān)文章！

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