Java提供了哪些IO方式？ NIO如何实现多路复用

深藏阁楼爱情的钟 2024-03-22 09:20 45阅读 0赞

## 一、Java提供了哪些IO方式？ ##

Java IO方式由很多种，基于不同的IO抽象模型和交互方式，可以进行简单区分。

首先，传统的Java.IO包，它基于流模型实现，提供了我们最熟知的一些IO功能，比如File抽象、输入输出流等。交互方式是同步、阻塞的方式。也就是说，在读取输入流或者写入输出流时，在读、写动作完成之前，线程会一直阻塞在那里，它们之间的调用时可靠的线性顺序。  
Java.io包的好处是代码比较简单、直观，缺点是IO效率和扩展性存在局限性，容易成为应用性能的瓶颈。很多时候，人们也把Java.net下面提供的部分API，比如Socket、ServerSocket、HttpURLConnection也归类到同步阻塞IO类库，因为网络通信同样也是IO行为。

第二,在Java 1.4中引入了NIO框架（Java.nio包），通过了Channel、Selector、Buffer等新的抽象，可以构建多路复用、同步非阻塞IO程序，同时提供了更接近操作系统底层的高性能数据操作方式。  
第三、在Java 7中，NIO有了进一步的改进，也就是NIO 2，引入了异步非阻塞IO方式，也有很多人叫它AIO（Asynchronous IO)。异步IO操作基于事件和回调机制，可以简单理解为，应用操作直接返回，而不会阻塞在那里，当后台处理完成，操作系统会通知相应线程进行后续工作。

基本概念：  
同步和异步（synchronous/asynchronous)。简单来说，同步是一种可靠的有序运行机制、当我们进行同步操作时，后续的任务是等待当前调用返回，才会进行下一步；而异步相反，其他任务不需要等待当前调用返回，通常依靠事件、回调等机制来实现任务间次序关系

阻塞与非阻塞（blocking/non-blocking)。在进行阻塞操作时，当前线程会处于阻塞状态，无法从事其他任务，只有当条件就绪才能继续。比如ServerSocket新连接建立完毕，或数据读取，写入操作完成；而非阻塞则是不管IO操作是否结束，直接返回，相应操作在后台继续处理。

IO多路复用。IO指的就是我们网络IO，多路指多个TCP连接（或多个Channel），复用指复用一个或少量线程。串起来就是很多个网络IO复用一个或少量的线程来处理这些连接。

## 二、IO和NIO的区别 ##

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>IO</th> 
   <th>NIO</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>面向流</td> 
   <td>面向缓冲区</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>阻塞IO</td> 
   <td>非阻塞IO</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>一个线程处理一个连接</td> 
   <td>单线程管理多个连接</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

1.面向流与面向缓冲  
2.阻塞与非阻塞  
3.单个连接与多个连接  
1>Java NIO:单线程管理多个连接  
NIO可以使用一个或几个线程管理多个通道（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。  
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，例如聊天服务器，实现NIO的服务器是一个优势。同时，如果你需要维持许多打开的连接到其他计算机上。如P2P网络中，使用一个单独的线程来管理你的所有出站连接。

![在这里插入图片描述][70]

2>Java IO:一个连接通过一个线程处理  
如果有少量的连接使用非常高的带宽，一次发送大量的数据，典型的IO服务器实现更加契合。

![在这里插入图片描述][70 1]

## 三、NIO如何实现多路复用？ ##

##  ##

NIO核心组件：Channel,Buffer,Selector  
1.Buffer：  
Java NIO BUffer用于和NIO Channel交互。我们从Channel中读取数据到buffer里，从buffer把数据写入到channel；  
buffer本质上就是一块内存区  
2.Channel  
通常来说NIO中的所有IO都是从Channel（通道）开始的  
3.Selector  
Selector一般称为选择器，也称为多路复用器。它是Java NIO核心组件中的一个，用于检查一个或多个NIO Channel的状态是否处于可读、可写。因此可以实现单线程管理多个Channel

![在这里插入图片描述][70 2]

![在这里插入图片描述][70 3]

[70]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/92b661d84dcb4c1691c8e424d846396c.png
[70 1]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/864a6cbd3aab427fab88ad8661720b6b.png
[70 2]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/e653335d5a2d45428854dd999f4580cc.png
[70 3]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/c4ff52b6233b4104b9170b9761830df0.png