io java 区别和nio java nio与io

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mob6454cc7b19b2 2023-07-13 21:09:39

文章标签 io java 区别和nio 数据 ci Java 文章分类 Java 后端开发

概述

Java NIO提供了与标准IO不同的IO工作方式：

Channels and Buffers（通道和缓冲区）：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。
Asynchronous IO（异步IO）：Java NIO可以让你异步的使用IO，例如：当线程从通道读取数据到缓冲区时，线程还是可以进行其他事情。当数据被写入到缓冲区时，线程可以继续处理它。从缓冲区写入通道也类似。
Selectors（选择器）：Java NIO引入了选择器的概念，选择器用于监听多个通道的事件（比如：连接打开，数据到达）。因此，单个的线程可以监听多个数据通道。

使用场景

NIO

优势在于一个线程管理多个通道；但是数据的处理将会变得复杂；
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，采用这种；

传统的IO

适用于一个线程管理一个通道的情况；因为其中的流数据的读取是阻塞的；
如果需要管理同时打开不太多的连接，这些连接会发送大量的数据；

NIO vs IO区别

NIO vs IO之间的理念上面的区别（NIO将阻塞交给了后台线程执行）

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；
NIO则能前后移动流中的数据，因为是面向缓冲区的

IO流是阻塞的，NIO流是不阻塞的

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。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。
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。

选择器

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。

Java NIO 由以下几个核心部分组成：

Channels
Buffers
Selectors

基本上，所有的 IO 在NIO 中都从一个Channel 开始。Channel 有点象流。数据可以从Channel读到Buffer中，也可以从Buffer 写到Channel中。这里有个图示：

Channel

Channel的实现：（涵盖了UDP 和 TCP 网络IO，以及文件IO）

FileChannel
DatagramChannel
SocketChannel
ServerSocketChannel

读数据：

int bytesRead = inChannel.read(buf);

写数据：

int bytesWritten = inChannel.write(buf);

还有部分的使用，如配置Channel为阻塞或者非阻塞模式，以及如何注册到Selector上面去，参考Selector部分；

Buffer

Buffer实现：（byte, char、short, int, long, float, double ）

ByteBuffer
CharBuffer
DoubleBuffer
FloatBuffer
IntBuffer
LongBuffer
ShortBuffer

Buffer使用

读数据

flip()方法

将Buffer从写模式切换到读模式
调用flip()方法会将position设回0，并将limit设置成之前position的值。
buf.flip();
读取数据

Buffer.rewind()

将position设回0，所以你可以重读Buffer中的所有数据
limit保持不变，仍然表示能从Buffer中读取多少个元素（byte、char等）

Buffer.mark()方法，可以标记Buffer中的一个特定position。之后可以通过调用
Buffer.reset()方法，恢复到Buffer.mark()标记时的position
一旦读完了所有的数据，就需要清空缓冲区，让它可以再次被写入。
clear()方法会：

清空整个缓冲区。
position将被设回0，limit被设置成 capacity的值

compact()方法：

只会清除已经读过的数据；任何未读的数据都被移到缓冲区的起始处，新写入的数据将放到缓冲区未读数据的后面。
将position设到最后一个未读元素正后面，limit被设置成 capacity的值

写数据

buf.put(127);

Buffer的三个属性

capacity：含义与模式无关；Buffer的一个固定的大小值；Buffer满了需要将其清空才能再写；

ByteBuffer.allocate(48)；该buffer的capacity为48byte
CharBuffer.allocate(1024);该buffer的capacity为1024个char

position：含义取决于Buffer处在读模式还是写模式（初始值为0，写或者读操作的当前位置）

写数据时，初始的position值为0；其值最大可为capacity-1
将Buffer从写模式切换到读模式，position会被重置为0

limit：含义取决于Buffer处在读模式还是写模式（写limit=capacity；读limit等于最多可以读取到的数据）

写模式下，limit等于Buffer的capacity
切换Buffer到读模式时， limit表示你最多能读到多少数据；

Selector

概述

Selector允许单线程处理多个 Channel。如果你的应用打开了多个连接（通道），但每个连接的流量都很低，使用Selector就会很方便。例如，在一个聊天服务器中。

要使用Selector，得向Selector注册Channel，然后调用它的select()方法。这个方法会一直阻塞到某个注册的通道有事件就绪。一旦这个方法返回，线程就可以处理这些事件，事件的例子有如新连接进来，数据接收等。

使用

创建：Selector selector = Selector.open();
注册通道：

channel.configureBlocking(false);

//与Selector一起使用时，Channel必须处于非阻塞模式
//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)

SelectionKey key = channel.register(selector, Selectionkey.OP_READ);

//第二个参数表明Selector监听Channel时对什么事件感兴趣
//SelectionKey.OP_CONNECT SelectionKey.OP_ACCEPT SelectionKey.OP_READ SelectionKey.OP_WRITE
//可以用或操作符将多个兴趣组合一起

SelectionKey

包含了interest集合、ready集合、Channel 、Selector 、附加的对象（可选）
int interestSet = key.interestOps()；可以进行类似interestSet & SelectionKey.OP_CONNECT的判断

使用：

select()：阻塞到至少有一个通道在你注册的事件上就绪了
selectNow()：不会阻塞，不管什么通道就绪都立刻返回
selectedKeys()：访问“已选择键集（selected key set）”中的就绪通道
close()：使用完selector需要用其close()方法会关闭该Selector，且使注册到该Selector上的所有SelectionKey实例无效

1. Set selectedKeys = selector.selectedKeys();  
2. Iterator keyIterator = selectedKeys.iterator();  
3. while(keyIterator.hasNext()) {  
4.     SelectionKey key = keyIterator.next();  
5. if(key.isAcceptable()) {  
6. // a connection was accepted by a ServerSocketChannel.
7. else if
8. // a connection was established with a remote server.
9. else if
10. // a channel is ready for reading
11. else if
12. // a channel is ready for writing
13.     } 
14. 注意这里必须手动remove；表明该selectkey我已经处理过了；
15. }

Java测试关键代码

1. RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("data/nio-data.txt", "rw");  
2. FileChannel inChannel = aFile.getChannel();  //从一个InputStream outputstream中获取channel
3.   
4. //create buffer with capacity of 48 bytes
5. ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);  
6.   
7. int bytesRead = inChannel.read(buf); //read into buffer.
8. while (bytesRead != -1) {  
9.   
10. //make buffer ready for read
11.   
12. while(buf.hasRemaining()){  
13. char) buf.get()); // read 1 byte at a time
14.   }  
15.   
16. //make buffer ready for writing
17.   bytesRead = inChannel.read(buf);  
18. }  
19. aFile.close();

文件通道

1. RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("data/nio-data.txt", "rw");  
2. FileChannel inChannel = aFile.getChannel();  
读数据
1. ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);  
2. int
写数据
1. String newData = "New String to write to file..." 
2. ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);  
3. buf.clear();  
4. buf.put(newData.getBytes());  
5. buf.flip();  
6. while(buf.hasRemaining()) {  
7.     channel.write(buf);  
8. } 
Socket 通道
1. SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();  
2. socketChannel.connect(new InetSocketAddress("http://jenkov.com", 80));   
读数据
1. ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);  
2. int
写数据
1. String newData = "New String to write to file..."
2. ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);  
3. buf.clear();  
4. buf.put(newData.getBytes());  
5. buf.flip();  
6. while(buf.hasRemaining()) {  
7.     socketChannel.write(buf);  
8. }

ServerSocket 通道

1. ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();  
2. serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));  
3. while(true){  
4.     SocketChannel socketChannel =  
5.             serverSocketChannel.accept();  
6. //do something with socketChannel...
7. }

Datagram 通道(channel的读写操作与前面的有差异)

DatagramChannel channel = DatagramChannel.open();
channel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));

读数据
1. ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);  
2. buf.clear();  
3. channel.receive(buf);
4. //receive()方法会将接收到的数据包内容复制到指定的Buffer. 如果Buffer容不下收到的数据，多出的数据将被丢弃。 
写数据
1. String newData = "New String to write to file..."
2. ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);  
3. buf.clear();  
4. buf.put(newData.getBytes());  
5. buf.flip();  
6. int bytesSent = channel.send(buf, new InetSocketAddress("jenkov.com", 80));

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