Java NIO教程
 Java NIO (Pipe)管道 Java NIO Path接口 

Java NIO 与IO区别

在研究Java NIO和IO API时，很快就会想到一个问题：

什么时候应该使用IO，什么时候应该使用NIO？

在本文中，我将尝试阐明Java NIO和IO之间的差异，它们的用例以及它们如何影响代码的设计。

1 Java NIO和IO的主要区别

下表总结了Java NIO和IO之间的主要区别。我将在表格后面的各节中详细介绍每种差异。

IO NIO
面向流 面向缓冲区
阻止IO 非阻塞IO
无选择器 有选择器

2 面向流与面向缓冲区

Java NIO和IO之间的第一个大区别是IO是面向流的，而NIO是面向缓冲区的。那是什么意思呢？

面向流的Java IO意味着您一次从流中读取一个或多个字节。您对读取字节的处理取决于您自己。它们不会在任何地方缓存。此外，您无法在流中的数据中来回移动。如果需要来回移动从流中读取的数据，则需要先将其缓存在缓冲区中。

Java NIO的面向缓冲区的方法略有不同。数据被读入缓冲区，以后再从缓冲区中进行处理。您可以根据需要在缓冲区中来回移动。这使您在处理过程中更具灵活性。但是，您还需要检查缓冲区是否包含您需要的所有数据，以便对其进行完全处理。并且，您需要确保在将更多数据读入缓冲区时，不要覆盖尚未处理的缓冲区中的数据。

3 阻塞与非阻塞IO

Java IO的各种流正在阻塞。这意味着，当线程调用aread() 或时write()，该线程将被阻塞，直到有一些数据要读取或数据被完全写入为止。在此期间，线程无法执行其他任何操作。

Java NIO的非阻塞模式使线程可以请求从通道读取数据，并且仅获取当前可用的数据，或者如果当前没有可用数据，则什么也没有。线程可以继续进行其他操作，而不是在数据可供读取之前保持阻塞状态。

非阻塞写入也是如此。线程可以请求将某些数据写入通道，但不等待将其完全写入。然后线程可以继续运行，同时执行其他操作。

当没有阻塞在IO调用中时，哪些线程会花费空闲时间，通常在此期间在其他通道上执行IO。也就是说，单个线程现在可以管理输入和输出的多个通道。

4 选择器

Java NIO的选择器允许单个线程监视多个输入通道。您可以使用选择器注册多个通道，然后使用一个线程“选择”具有可用于处理输入的通道，或者选择准备好进行写入的通道。这种选择器机制使单个线程可以轻松管理多个通道。

5 NIO和IO如何影响应用程序设计

您是选择NIO还是IO作为IO工具包，可能会影响应用程序设计的以下方面：

  1. API调用NIO或IO类。
  2. 数据处理。
  3. 用于处理数据的线程数。

5.1 API调用

当然，使用NIO时的API调用看起来与使用IO时的API调用不同。这不足为奇。不仅要从例如an逐字节读取数据字节，还InputStream必须先将数据读入缓冲区，然后再从那里进行处理。

5.2 数据处理

当使用纯NIO设计而不是IO设计时，数据处理也会受到影响。

在IO设计中，您从InputStream或读取数据字节Reader。假设您正在处理基于行的文本数据流。例如：

Name: Anna
Age: 25
Email: anna@mailserver.com
Phone: 1234567890

文本行流可以这样处理：

InputStream input = ... ; // get the InputStream from the client socket

BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(input));

String nameLine   = reader.readLine();
String ageLine    = reader.readLine();
String emailLine  = reader.readLine();
String phoneLine  = reader.readLine();

注意，如何通过程序执行的距离来确定处理状态。换句话说，一旦第一个reader.readLine()方法返回，就可以确定已经阅读了整行文本。这readLine()就是为什么直到读取整行为止的块。您还知道此行包含名称。同样，当第二个readLine() 电话返回时，您知道此行包含年龄等。

如您所见，该程序仅在有新数据要读取时才继续运行，并且对于每个步骤，您都知道该数据是什么。一旦执行线程的进度超过了读取代码中的特定数据段，该线程就不会在数据中向后移动（大多数情况下不会）。此原理也在此图中说明：

Java IO：从阻塞流读取数据。

NIO实现看起来会有所不同。这是一个简化的示例：

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);

int bytesRead = inChannel.read(buffer);

请注意第二行，该行从通道读取字节到中ByteBuffer。当该方法调用返回时，您不知道所需的所有数据是否都在缓冲区内。您所知道的是缓冲区包含一些字节。这使处理有些困难。

试想一下，如果在第一次read(buffer)调用后，读入缓冲区的所有内容只有半行。例如，“名称：An”。您可以处理这些数据吗？并不是的。您需要等到至少一整行数据都已放入缓冲区后，才可以处理所有数据。

那么，您如何知道缓冲区是否包含足够的数据以使其有意义呢？好吧，你没有。找出答案的唯一方法是查看缓冲区中的数据。结果是，您可能必须多次检查缓冲区中的数据，然后才能知道是否所有数据都在其中。这既效率低下，又可能使程序设计变得混乱。例如：

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);

int bytesRead = inChannel.read(buffer);

while(! bufferFull(bytesRead) ) {
    bytesRead = inChannel.read(buffer);
}

该bufferFull()方法必须跟踪向缓冲区中读取了多少数据，并根据缓冲区是否已满返回true或false。换句话说，如果缓冲区准备好进行处理，则认为缓冲区已满。

该bufferFull()方法扫描缓冲区，但必须使缓冲区保持与bufferFull()调用该方法之前相同的状态。如果不是，则下一个读入缓冲区的数据可能无法在正确的位置读入。这并非不可能，但这是另一个需要注意的问题。

如果缓冲区已满，则可以对其进行处理。如果未满，则可以对其中的任何数据进行部分处理，如果这在您的特定情况下有意义的话。在许多情况下不是。

下图说明了is-data-in-buffer-ready循环：

Java NIO：从通道读取数据，直到所有需要的数据都在缓冲区中为止。

 

6 总结

NIO允许您仅使用一个（或几个）线程来管理多个通道（网络连接或文件），但是代价是解析数据可能比从阻塞流中读取数据更为复杂。

如果您需要同时管理数千个打开的连接（每个连接仅发送少量数据），例如聊天服务器，则在NIO中实现该服务器可能是一个优势。同样，如果您需要保持与其他计算机的大量开放连接，例如在P2P网络中，则使用单个线程来管理所有出站连接可能是一个优势。下图说明了这种单线程多连接设计：

Java NIO：管理多个连接的单个线程。

如果只有很少的连接具有很高的带宽，一次要发送大量数据，那么经典的IO服务器实现也许是最合适的选择。下图说明了经典的IO服务器设计：

Java IO：一种经典的IO服务器设计-一个线程处理一个连接。
 Java NIO (Pipe)管道 Java NIO Path接口 

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