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Java NIO概述

2020年03月17日  | 移动技术网IT编程  | 我要评论

传统的输入输出流都是阻塞的输入输出。举个列子：当用传统的流进行数据输入时，如果流中没有数据，它会阻塞当前线程往下执行，等到从流中读到数据为止。另外传统的输入输出流每次处理的是一个字节或一个字符，通常效率不是很高。从jdk 1.4开始 java提供了nio功能，可以代替传统的输入输出功能，在效率上也有很大提升。

标准的io基于字节流和字符流进行操作的，而nio是基于通道（channel）和缓冲区（buffer）进行操作，数据总是从通道读取到缓冲区中，或者从缓冲区写入到通道中（双向操作）。nio可以使用非阻塞模式。

nio概述

nio在处理文件时会将文件的一段区域直接映射到内存中，这样访问文件时就可以像访问内存一样，比传统的输入输出要快很多。主要的实现类都在java.nio下面。

channel和buffer是nio中两个核心的概念。channel的概念和传统的inputstram和outputstream对标，最大的区别是channel提供了一个map（）方法将文件的块数据映射到内存中。可以面向一大块数据进行处理。buffer可以理解成缓冲，其本质是一个数组。从channel中读出来的数据要先存在buffer中，要写到channel中的数据也要先放到buffer中。

另外，nio还提供了将unicode字符串映射成字节序列的charset类，以及支持非阻塞输入输出的selector类。

channels and buffers

标准的io基于字节流和字符流进行操作的，而nio是基于通道（channel）和缓冲区（buffer）进行操作，数据总是从通道读取到缓冲区中，或者从缓冲区写入到通道中。channel、buffer和selectors是nio的核心组件。

channel常用的实现类：

  • filechannel：文件
  • datagramchannel：udp数据报
  • socketchannel：tcp客户端
  • serversocketchannel：tcp服务端

buffer常见实现类：

  • bytebuffer
  • charbuffer
  • doublebuffer
  • floatbuffer
  • intbuffer
  • longbuffer
  • shortbuffer

buffer的使用

buffer的本质就是一个缓冲区，但是buffer提供了丰富的api来让我们操作这块数据区。

system.out.println("capacity:"+buffer.capacity());
system.out.println("limit:"+buffer.limit());
system.out.println("length:"+buffer.length());
system.out.println("position:"+buffer.position());

buffer.append("a");
buffer.append('b');
buffer.put('c');
system.out.println("---------------------------");

system.out.println("capacity:"+buffer.capacity());
system.out.println("limit:" + buffer.limit());
system.out.println("length:" + buffer.length());
system.out.println("position:" + buffer.position());

//flip方法会将limit的位置移动到当前posiion位置，这样buffer中没
//赋值的空间将都不能被访问。通常flip方法是为读取数据做准备的，可以
//防止读到null数据，读取完毕之后调用clear方法
buffer.flip();
system.out.println("---------------------------");

system.out.println("capacity:"+buffer.capacity());
system.out.println("limit:" + buffer.limit());
system.out.println("length:" + buffer.length());
system.out.println("position:" + buffer.position());

channel的使用

fileinputstream fis = new fileinputstream("file.txt");
filechannel channel = fis.getchannel();

bytebuffer buffer = bytebuffer.allocate(1024);
int hasread = 0;
while ((hasread=channel.read(buffer))>0){
byte[] buff = new byte[1024];
buffer.flip();
buffer.get(buff, 0, hasread);
system.out.println(new string(buff,0,hasread));
buffer.clear();
}

selector

selector（选择器）是java nio中能够检测一到多个nio通道，并能够知晓通道是否为诸如读写事件做好准备的组件。这样，一个单独的线程可以管理多个channel，从而管理多个网络连接。与selector一起使用时，channel必须处于非阻塞模式下。这意味着不能将filechannel与selector一起使用，因为filechannel不能切换到非阻塞模式。而套接字通道都可以。

selector selector = selector.open();
channel.configureblocking(false);
//注册到selector上
selectionkey key = channel.register(selector, selectionkey.op_read);
while(true) {
    int readychannels = selector.select();
    if(readychannels == 0) 
        continue;
    set selectedkeys = selector.selectedkeys();
    iterator keyiterator = selectedkeys.iterator();
    while(keyiterator.hasnext()) {
        selectionkey key = keyiterator.next();
        if(key.isacceptable()) {
        // a connection was accepted by a serversocketchannel.
        } else if (key.isconnectable()) {
        // a connection was established with a remote server.
        } else if (key.isreadable()) {
        // a channel is ready for reading
        } else if (key.iswritable()) {
        // a channel is ready for writing
         }
      keyiterator.remove();
   }
}

charset

用于对字符串编解码

jdk7的nio2

jdk 1.7版本对nio进行优化改进。path、paths和files这些类、filevisiter、watchservice asynchronousfilechannel这些类进行文件内容的异步读写。asynchronoussocketchannel这些类进行服务器io异步读写。

bio、nio和aio的区别

  • bio （blocking i/o）：同步阻塞i/o模式，数据的读取写入必须阻塞在一个线程内等待其完成。这里使用那个经典的烧开水例子，这里假设一个烧开水的场景，有一排水壶在烧开水，bio的工作模式就是， 叫一个线程停留在一个水壶那，直到这个水壶烧开，才去处理下一个水壶。但是实际上线程在等待水壶烧开的时间段什么都没有做。（特点就是线程必须等待数据读取或者写入完成才能继续干其他事情。）

  • nio （new i/o）：同时支持阻塞与非阻塞模式（文件channel只支持阻塞模式，socket的channel支持阻塞和非阻塞模式），但这里我们以其同步非阻塞i/o模式来说明，那么什么叫做同步非阻塞？如果还拿烧开水来说，nio的做法是叫一个线程不断的轮询每个水壶的状态，看看是否有水壶的状态发生了改变，从而进行下一步的操作。（特点就是线程不必等待io读写完成，在io进行过程中线程可以不停地轮询io的状态，一旦发现io状态变化，就可以做出相应处理）

  • aio （ asynchronous i/o）：异步非阻塞i/o模型。异步非阻塞与同步非阻塞的区别在哪里？异步非阻塞无需一个线程去轮询所有io操作的状态改变，在相应的状态改变后，系统会通知对应的线程来处理。对应到烧开水中就是，为每个水壶上面装了一个开关，水烧开之后，水壶会自动通知我水烧开了。aio中虽然不需要线程来轮询，但是需要线程来等待通知。

    另外，aio的异步特性并不是java实现的，而是使用了系统底层api的支持，在unix系统下，采用了epoll io模型，而windows便是使用了iocp模型。

参考

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