Java I/O(2):NIO中的Channel
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为了解决标准Java I/O令人难以忍受的效率问题,从JDK1.4开始,NIO出现了(Non-blocking I/O,官方称之为New I/O)。NIO不但新增加了许多全新的类,而且还对原来的很多类进行了改写。之所以是NIO,是因为使用它的场景众多,譬如开发中必不可少的Tomcat,以及大名鼎鼎的Netty,而Netty更是把NIO发挥到了极致,成为了RPC技术事实上的标准,所以它在JDK1.7中又升级为了AIO(NIO2)。
NIO主要有三大核心部分:
- Channel(通道)
- Buffer(缓冲区)
- Selector(选择器/多路复用器)
传统I/O基于字节流或字符流进行操作,而NIO基于新的Channel和Buffer进行操作。这是它们的比较:
至于原理,不用记,可以这么来理解(我始终秉持的态度是:如果你在大厂是自研类RPC系统或类MQ中间件的,那这个一定要精通;否则理解就好,不必死磕):
可以看到,I/O就像个直肠子,直来直去,对数据流完全是来者不拒,来多少接多少,也不管能不能处理得了,这样极容易造成线程阻塞,也就是电脑卡顿。
而NIO就有点弯弯绕了,它告诉线程:“如果我忙不过来就别等我,你先忙你的”。所以,按照这个约定,如果线程发现它不搭理自己的时候就会去忙别的。不会造成信息堵车。
Channel接口最重要的实现可以分为两大类:用于本地文件和用于网络的Channel。
- FileChannel:用于本地文件数据的读写
- DatagramChannel:用于网络UDP数据的读写
- SocketChannel:客户端用于实现网络TCP数据的读写
- ServerSocketChannel:服务端用于监听网络TCP的连接请求,每个请求会创建会一个SocketChannel(即客户端连接)
这是和Channel相关的继承结构图:
I/O本就枯燥,如果只是空洞说技术原理就更毫无价值,还是上代码,把NIO和IO比较一下。
创建一个普通的Java项目:
然后随便在网上或者自己电脑上找一个大文件,比如小电影之类的,写这样的代码:
// 把file1中的内容写到file2中去,看看耗时 // I/O读写 long start = System.currentTimeMillis(); try { FileInputStream fis = new FileInputStream("你电脑上已经存在的文件路径,例如C:\file1"); FileOutputStream fos = new FileOutputStream("你电脑上还不存在的文件路径,例如C:\file2"); BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(fis), 1024); String line = null; while ((line = bufferedReader.readLine()) != null) { fos.write(line.getBytes()); } fis.close(); fos.close(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } long end = System.currentTimeMillis(); System.out.println(end - start);
然后再稍稍改进一下,看看byte[]相对于BufferedReader的不同:
// 把file1中的内容写到file3中去,看看耗时 // I/O读写(改进) start = System.currentTimeMillis(); try { FileInputStream fis = new FileInputStream("你电脑上已经存在的文件路径,例如C:\file1"); FileOutputStream fos = new FileOutputStream("你电脑上还不存在的文件路径,例如C:\file3"); byte[] b = new byte[1024]; int len = 0; while ((len = fis.read(b)) != -1) { fos.write(b, 0, len); } fis.close(); fos.close(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } end = System.currentTimeMillis(); System.out.println(end - start);
最后再用NIO试试看:
// 把file1中的内容写到file4中去,看看耗时 // NIO读写 start = System.currentTimeMillis(); try { FileChannel fis = new FileInputStream("你电脑上已经存在的文件路径,例如C:\file1").getChannel(); FileChannel fos = new FileOutputStream("你电脑上还不存在的文件路径,例如C:\file4").getChannel(); ByteBuffer bytedata = ByteBuffer.allocate(1024); while (fis.read(bytedata) != -1) { // 读写交叉进行 bytedata.flip(); fos.write(bytedata); bytedata.clear(); } fis.close(); fos.close(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } end = System.currentTimeMillis(); System.out.println(end - start);
在main()方法中分别执行这三个方法,看看耗时上有啥不同。尽量找很大的文件,比如几个G的那种。因为现在计算机的配置都比较高,文件太小,一会就读完了,根本看不出来差别。
另外,另外,在NIO中如果一个channel是FileChannel类型的,那么可以直接把FileChannel的数据传输到另一个Channel,就像这样:
SocketChannel、ServerSocketChannel和DatagramChannel的使用也比较简单,就不堆代码了。
Channel还提供了一种被称为Scatter/Gather(分散/聚集)的新功能(也称为Vectored I/O,矢量I/O),它在多个Buffer上实现一个简单的I/O操作。说人话就是:Scatter是把单个Channel的数据发给多个Buffer(分散),而Gather则是把多个Buffer的数据发给单个Channel(聚集),就像这样:
同样可以用代码来演示一下:
// Scattering reads分散过程 ByteBuffer buffer1 = ByteBuffer.allocate(1024); ByteBuffer buffer2 = ByteBuffer.allocate(1024); ByteBuffer[] bufferArray1 = { buffer1, buffer2 }; FileChannel channel1 = new FileInputStream("/testfile1").getChannel(); channel1.read(bufferArray1); // Gathering writes聚集过程 ByteBuffer buffer3 = ByteBuffer.allocate(1024); ByteBuffer buffer4 = ByteBuffer.allocate(1024); ByteBuffer[] bufferArray2 = { buffer1, buffer2 }; FileChannel channel2 = new FileInputStream("/testfile1").getChannel(); channel2.write(bufferArray2);
好了,NIO也属于Java中比较重要的内容,说多了容易搞晕。慢慢来~
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