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Java NIO和IO的区别

2019年07月22日  | 移动技术网IT编程  | 我要评论

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下表总结了java nio和io之间的主要差别，我会更详细地描述表中每部分的差异。

复制代码 代码如下:

io                nio
面向流            面向缓冲
阻塞io            非阻塞io
无                选择器

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。

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）。

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。

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。
3.用来处理数据的线程数。

api调用

当然，使用nio的api调用时看起来与使用io时有所不同，但这并不意外，因为并不是仅从一个inputstream逐字节读取，而是数据必须先读入缓冲区再处理。

数据处理

使用纯粹的nio设计相较io设计，数据处理也受到影响。

在io设计中，我们从inputstream或 reader逐字节读取数据。假设你正在处理一基于行的文本数据流，例如：

复制代码 代码如下:

name: anna
age: 25
email: anna@mailserver.com
phone: 1234567890

该文本行的流可以这样处理：

复制代码 代码如下:

bufferedreader reader = new bufferedreader(new inputstreamreader(input));

string nameline   = reader.readline();
string ageline    = reader.readline();
string emailline  = reader.readline();
string phoneline  = reader.readline();

请注意处理状态由程序执行多久决定。换句话说，一旦reader.readline()方法返回，你就知道肯定文本行就已读完， readline()阻塞直到整行读完，这就是原因。你也知道此行包含名称；同样，第二个readline()调用返回的时候，你知道这行包含年龄等。 正如你可以看到，该处理程序仅在有新数据读入时运行，并知道每步的数据是什么。一旦正在运行的线程已处理过读入的某些数据，该线程不会再回退数据（大多如此）。下图也说明了这条原则：


（java io: 从一个阻塞的流中读数据） 而一个nio的实现会有所不同，下面是一个简单的例子：

复制代码 代码如下:
bytebuffer buffer = bytebuffer.allocate(48);

int bytesread = inchannel.read(buffer);

注意第二行，从通道读取字节到bytebuffer。当这个方法调用返回时，你不知道你所需的所有数据是否在缓冲区内。你所知道的是，该缓冲区包含一些字节，这使得处理有点困难。
假设第一次 read(buffer)调用后，读入缓冲区的数据只有半行，例如，“name:an”，你能处理数据吗？显然不能，需要等待，直到整行数据读入缓存，在此之前，对数据的任何处理毫无意义。

所以，你怎么知道是否该缓冲区包含足够的数据可以处理呢？好了，你不知道。发现的方法只能查看缓冲区中的数据。其结果是，在你知道所有数据都在缓冲区里之前，你必须检查几次缓冲区的数据。这不仅效率低下，而且可以使程序设计方案杂乱不堪。例如：

复制代码 代码如下:

bytebuffer buffer = bytebuffer.allocate(48);

int bytesread = inchannel.read(buffer);

while(! bufferfull(bytesread) ) {

bytesread = inchannel.read(buffer);

}

bufferfull()方法必须跟踪有多少数据读入缓冲区，并返回真或假，这取决于缓冲区是否已满。换句话说，如果缓冲区准备好被处理，那么表示缓冲区满了。

bufferfull()方法扫描缓冲区，但必须保持在bufferfull（）方法被调用之前状态相同。如果没有，下一个读入缓冲区的数据可能无法读到正确的位置。这是不可能的，但却是需要注意的又一问题。

如果缓冲区已满，它可以被处理。如果它不满，并且在你的实际案例中有意义，你或许能处理其中的部分数据。但是许多情况下并非如此。下图展示了“缓冲区数据循环就绪”：


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。

如果需要管理同时打开的成千上万个连接，这些连接每次只是发送少量的数据，例如聊天服务器，实现nio的服务器可能是一个优势。同样，如果你需要维持许多打开的连接到其他计算机上，如p2p网络中，使用一个单独的线程来管理你所有出站连接，可能是一个优势。一个线程多个连接的设计方案如



java nio: 单线程管理多个连接


如果你有少量的连接使用非常高的带宽，一次发送大量的数据，也许典型的io服务器实现可能非常契合。下图说明了一个典型的io服务器设计：


java io: 一个典型的io服务器设计- 一个连接通过一个线程处理


 

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