NIO的理解

红太狼 2022-04-14 21:18 154阅读 0赞

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NIO主要有三大核心部分：Channel(通道)，Buffer(缓冲区), Selector。传统IO基于字节流和字符流进行操作，而NIO基于Channel和Buffer(缓冲区)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。Selector(选择区)用于监听多个通道的事件（比如：连接打开，数据到达）。因此，单个线程可以监听多个数据通道。

NIO和传统IO（一下简称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。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。

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。 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，所以直至数据变得可以读取之前，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）。

### Channel ###

首先说一下Channel，国内大多翻译成“通道”。Channel和IO中的Stream(流)是差不多一个等级的。只不过Stream是单向的，譬如：InputStream, OutputStream.而Channel是双向的，既可以用来进行读操作，又可以用来进行写操作。  
NIO中的Channel的主要实现有：

*  FileChannel
 *  DatagramChannel
 *  SocketChannel
 *  ServerSocketChannel

这里看名字就可以猜出个所以然来：分别可以对应文件IO、UDP和TCP（Server和Client）。下面演示的案例基本上就是围绕这4个类型的Channel进行陈述的。

### Buffer ###

NIO中的关键Buffer实现有：ByteBuffer, CharBuffer, DoubleBuffer, FloatBuffer, IntBuffer, LongBuffer, ShortBuffer，分别对应基本数据类型: byte, char, double, float, int, long, short。当然NIO中还有MappedByteBuffer, HeapByteBuffer, DirectByteBuffer等这里先不进行陈述。

### Selector ###

Selector运行单线程处理多个Channel，如果你的应用打开了多个通道，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，事件的例子有如新的连接进来、数据接收等。

## 二、FileChannel ##

看完上面的陈述，对于第一次接触NIO的同学来说云里雾里，只说了一些概念，也没记住什么，更别说怎么用了。这里开始通过传统IO以及更改后的NIO来做对比，以更形象的突出NIO的用法，进而使你对NIO有一点点的了解。

### 传统IO vs NIO ###

首先，案例1是采用FileInputStream读取文件内容的：

public static void method2(){
            InputStream in = null;
            try{
                in = new BufferedInputStream(new FileInputStream("src/nomal_io.txt"));
                byte [] buf = new byte[1024];
                int bytesRead = in.read(buf);
                while(bytesRead != -1)
                {
                    for(int i=0;i<bytesRead;i++)
                        System.out.print((char)buf[i]);
                    bytesRead = in.read(buf);
                }
            }catch (IOException e)
            {
                e.printStackTrace();
            }finally{
                try{
                    if(in != null){
                        in.close();
                    }
                }catch (IOException e){
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }

案例是对应的NIO（这里通过RandomAccessFile进行操作，当然也可以通过FileInputStream.getChannel()进行操作）：

public static void method1(){
            RandomAccessFile aFile = null;
            try{
                aFile = new RandomAccessFile("src/nio.txt","rw");
                FileChannel fileChannel = aFile.getChannel();
                ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
                int bytesRead = fileChannel.read(buf);
                System.out.println(bytesRead);
                while(bytesRead != -1)
                {
                    buf.flip();
                    while(buf.hasRemaining())
                    {
                        System.out.print((char)buf.get());
                    }
                    buf.compact();
                    bytesRead = fileChannel.read(buf);
                }
            }catch (IOException e){
                e.printStackTrace();
            }finally{
                try{
                    if(aFile != null){
                        aFile.close();
                    }
                }catch (IOException e){
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }

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