在學(xué)習(xí)Java NIO和IO的API時(shí)，經(jīng)常會出現(xiàn)以下疑問？

什么時(shí)候我應(yīng)該用IO,什么時(shí)候我應(yīng)該用NIO?

在這篇文章中我將發(fā)表我關(guān)于NIO與IO的區(qū)別的觀點(diǎn)，它們的使用案例，以及它們?nèi)绾斡绊懩愦a的設(shè)計(jì)。

Java NIO與IO的主要區(qū)別

IONIO

面向流	面向緩沖
阻塞IO	非阻塞IO
無Selector	Selectors

面向流與面向緩沖

Java NIO與IO最大的不同之處在IO是面向流的，而NIO是面向緩沖的。但是，這意味著什么呢？

Java IO面向流意味著你一次會從流中讀取一個(gè)或多個(gè)字節(jié)。對于讀取到的字節(jié)怎么處理由你自己決定。這些字節(jié)是不會被緩存的。更一步，流中的數(shù)據(jù)并不能前面移動(dòng)。如果需要前后移動(dòng)數(shù)據(jù)，需要先將數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存。

而Java NIO面向緩存的方式稍有不同。需要后續(xù)處理的數(shù)據(jù)是先放到緩存中的。可以在緩存中前后移動(dòng)。這使得數(shù)據(jù)處理變得更加靈活。然而，你需要檢查緩存里是否包含了需要處理的完整數(shù)據(jù)。并且，也需要保證沒有處理過的數(shù)據(jù)在寫入新數(shù)據(jù)時(shí)不會被覆蓋。

阻塞與非阻塞

Java IO的各種流是阻塞的。這意味著，當(dāng)一個(gè)線程調(diào)用read() 或 write()時(shí)，該線程被阻塞，直到有一些數(shù)據(jù)被讀取，或數(shù)據(jù)完全寫入。該線程在此期間不能再干任何事情了。 Java NIO的非阻塞模式，使一個(gè)線程從某通道發(fā)送請求讀取數(shù)據(jù)，但是它僅能得到目前可用的數(shù)據(jù)，如果目前沒有數(shù)據(jù)可用時(shí)，就什么都不會獲取。而不是保持線程阻塞，所以直至數(shù)據(jù)變的可以讀取之前，該線程可以繼續(xù)做其他的事情。 非阻塞寫也是如此。一個(gè)線程請求寫入一些數(shù)據(jù)到某通道，但不需要等待它完全寫入，這個(gè)線程同時(shí)可以去做別的事情。 線程通常將非阻塞IO的空閑時(shí)間用于在其它通道上執(zhí)行IO操作，所以一個(gè)單獨(dú)的線程現(xiàn)在可以管理多個(gè)輸入和輸出通道（channel）。

Selector

Java NIO Selector允許一個(gè)線程來控制多個(gè)輸入通道。可以用一個(gè)Selector注冊多個(gè)Channle。然后，用一個(gè)線程來選擇已經(jīng)準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)處理的Channel或都那些準(zhǔn)備好寫的Channel。選擇器的機(jī)制使得用一個(gè)線程來控制多個(gè)Channel變得非常容易。

NIO和IO如何影響應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)

無論你選擇NIO或IO工具箱，可能會影響你應(yīng)用程序的以下幾個(gè)方面：

對NIO或IO類的API調(diào)用。

數(shù)據(jù)處理。

用來處理數(shù)據(jù)的線程數(shù)。

API調(diào)用

當(dāng)然，在使用IO時(shí)，NIO與IO的API調(diào)用有點(diǎn)不同。這一點(diǎn)也不奇怪。并不是直接從InputStream中直接讀取數(shù)據(jù)，NIO必須先將數(shù)據(jù)讀入到緩存中，再進(jìn)行后續(xù)處理。

數(shù)據(jù)處理

使用純粹的NIO設(shè)計(jì)相較IO設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)處理也受到影響。

在IO設(shè)計(jì)時(shí)，數(shù)據(jù)是從InputStream或Reader中讀取的。假設(shè)你正在處理基于文本的數(shù)據(jù)，像這樣：

Name: Anna Age: 25 Email: anna@mailserver.com Phone: 1234567890 復(fù)制代碼

文本行的流可以像這樣處理：

InputStream input = ... ; // get the InputStream from the client socketBufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(input));String nameLine = reader.readLine(); String ageLine = reader.readLine(); String emailLine = reader.readLine(); String phoneLine = reader.readLine(); 復(fù)制代碼

請注意處理狀態(tài)由程序執(zhí)行多久決定。換句話說，一旦reader.readLine()方法返回，你就知道肯定文本行就已讀完， readline()阻塞直到整行讀完，這就是原因。你也知道此行包含名稱；同樣，第二個(gè)readline()調(diào)用返回的時(shí)候，你知道這行包含年齡等。 正如你可以看到，該處理程序僅在有新數(shù)據(jù)讀入時(shí)運(yùn)行，并知道每步的數(shù)據(jù)是什么。一旦正在運(yùn)行的線程已處理過讀入的某些數(shù)據(jù)，該線程不會再回退數(shù)據(jù)（大多如此）。下圖也說明了這條原則：

在NIO實(shí)現(xiàn)中這將會變得有點(diǎn)不一樣，下面是一個(gè)簡單的例子。

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48); int byteRead = inChannel.read(buf); 復(fù)制代碼

注意到將Channel中的數(shù)據(jù)讀入到Buffer中的第二行。當(dāng)那個(gè)方法返回時(shí)，其實(shí)并不知道所需要的數(shù)據(jù)是否都已經(jīng)寫入到Buffer中了。僅僅知道的是一些數(shù)據(jù)已經(jīng)寫入到Buffer中了。這使得數(shù)據(jù)處理變得有點(diǎn)麻煩。

想像一下，當(dāng)調(diào)用完第一個(gè)read(buufer)方法時(shí)，僅有半行的數(shù)據(jù)被讀入到Buffer中。例如，“Name:An”。你量否可以處理這個(gè)數(shù)據(jù)？并不能。在有效處理數(shù)據(jù)之前必須等到至少有一行數(shù)據(jù)被讀入到Buffer中才行。

所以，如何能夠知道uffer中包含了能夠有效處理的足夠的數(shù)據(jù)呢？其實(shí)并不能。唯一的方法是檢查Buffer中的數(shù)據(jù)。這個(gè)結(jié)果是，你必須多次檢查Buffer中的數(shù)據(jù)來判斷數(shù)據(jù)是否完整。不僅效率低下，而且可以使程序設(shè)計(jì)方案雜亂不堪。例如：

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);int bytesRead = inChannel.read(buffer);while(! bufferFull(bytesRead) ) {bytesRead = inChannel.read(buffer); } 復(fù)制代碼

bufferFull()方法需要跟蹤讀入buffer中的字節(jié)數(shù)并根據(jù)buffer是否滿了來返回true或false。換句話說，如果buffer已經(jīng)準(zhǔn)備好處理了，它將認(rèn)為是full的。

bufferFull()方法掃描緩沖區(qū)，但必須保持在bufferFull（）方法被調(diào)用之前狀態(tài)相同。如果沒有，下一個(gè)讀入緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)可能無法讀到正確的位置。這是不可能的，但卻是需要注意的又一問題。

如果緩沖區(qū)已滿，它可以被處理。如果它不滿，并且在你的實(shí)際案例中有意義，你或許能處理其中的部分?jǐn)?shù)據(jù)。但是許多情況下并非如此。下圖展示了“緩沖區(qū)數(shù)據(jù)循環(huán)就緒”：

總結(jié)

NIO可以讓你僅使用一個(gè)或少量的線程來管理多個(gè)通道（網(wǎng)絡(luò)或文件）。但是分析數(shù)據(jù)會比阻塞的IO流更加復(fù)雜。

如果你需要同時(shí)管理成千上萬個(gè)連接，并且這個(gè)連接只發(fā)送少量的數(shù)據(jù)。比如，一個(gè)用NIO方式實(shí)現(xiàn)的聊天服務(wù)器將變得非常有優(yōu)勢。類似的，如果需要跟其他計(jì)算機(jī)保持大量的連接，如P2P網(wǎng)絡(luò)。使用一個(gè)線程來管道外部連接可以也是一個(gè)優(yōu)勢。單個(gè)線條，多個(gè)連接的方式如下圖所示：

如果只有少量連接，但每個(gè)連接都有占用大量的帶寬，每次需要發(fā)送大量的數(shù)據(jù)，也許采用阻塞的IO將會更加適合。下圖展示一個(gè)IO服務(wù)器的設(shè)計(jì)：

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的14 Java NIO vs IO-翻译的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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