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Java NIO系列教程（一）java NIO简介

教程线程数据 IO

2023-03-02 10:31:31 时间

这个系列的文章，我们开始玩一玩IO方面的知识，对于IO和NIO，我们经常会接触到，了解他们的基本内容，对于我们的工作会有特别大的帮助。这篇博文我们仅仅是介绍IO和NIO的基本概念，以及一些关键词。

### 基本概念 ###

IO是主存和外部设备（硬盘、终端和网络）进行数据拷贝的过程。IO是操作系统的底层功能实现，底层通过I/O指令完成对数据的操作。

### java标准IO回顾 ###

Java 标准 IO 类库是 io 面向对象的一种抽象。基于本地方法的底层实现，我们无须关注底层实现。InputStream\\OutputStream(面向字节流 ) ：一次传送一个字节。 Reader\\Writer( 面向字符流 ) ：一次一个字符。

### java NIO简介 ###

Java NIO(New IO Non Blocking IO)是从Java1.4版本开始引入的一个新的IO API，可以替代标准的Java IO API。NIO与原来的IO有同样的作用和目的，但是使用的方式完全不同，NIO支持面向缓冲区的、基于通道的IO操作。NIO将以更加高效的方式进行文件的读写操作。

Sum官方标榜许多的特性，如下：

*  为所有的原始类型提供 (Buffer) 缓存支持。
 *  字符集编码解码解决方案。
 *  Channel ：一个新的原始 I/O 抽象。
 *  支持锁和内存映射文件的文件访问接口。
 *  提供多路 (non-bloking) 非阻塞式的高伸缩性网络 I/O 。

看到NIO这么多的优点，是不是有点小激动。继续看一下他们的区别。

### Java NIO与IO的主要区别 ###

下表总结了Java NIO和IO之间的主要差别，我会更详细地描述表中每部分的差异。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>IO</th> 
   <th>NIO</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>面向流（Stream Oriented）</td> 
   <td>面向缓冲区（Buffer Oriented）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>阻塞IO（Blocking IO）</td> 
   <td>非阻塞IO（Non Blocking IO）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>(无)</td> 
   <td>选择器（Selectors）</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### 面向流与面向缓冲 ####

NIO与IO之间本质的区别是，IO是面向流的，NIO是面向缓冲区的。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。

Java 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。

#### 阻塞与非阻塞IO ####

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是非阻塞模式的，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，所以直至数据变的可以读取之前，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）。

#### 选择器（Selectors） ####

NIO的选择器允许一个单独的线程来监视多个输入通道，你可以注册多个通道使用一个选择器，然后使用一个单独的线程来“选择”通道：这些通道里已经有可以处理的输入，或者选择已准备写入的通道。这种选择机制，使得一个单独的线程很容易来管理多个通道。

IO与NIO的区别是很大的，但是他们又有自己的适用范围：

*  NIO允许你用一个单独的线程或几个线程管理很多个channels（网络的或者文件的），代价是程序的处理和处理IO相比更加复杂。如果你需要同时管理成千上万的连接，但是每个连接只发送少量数据，此时NIO更合适。
 *  如果你只有少量的连接但是每个连接都占有很高的带宽，同时发送很多数据，传统的IO会更适合。

### 通道与缓冲区 ###

Java NIO系统的核心在于：通道（Channel）和缓冲区（Buffer）。

Buffer：表示打开到IO设备（例如：文件、套接字）的连接。

*  是一块连续的内存块。
 *  是 NIO 数据读或写的中转地。

Channel：

*  数据的源头或者数据的目的地
 *  用于向 buffer 提供数据或者读取 buffer 数据 ,buffer 对象的唯一接口。
 *  异步 I/O 支持

基本步骤：

若需要使用NIO系统，需要获取用于连接IO设备的通道以及用于容纳数据的缓冲区，然后操作缓冲区，对数据进行处理。

Channel与Buffer的关系：  
![这里写图片描述][SouthEast]

> 简而言之，Channel负责传输，Buffer负责存储 。

### 总结 ###

本篇博文都是基本概念，内容相对比较苦涩，万事开头难。只要开头，下面会顺风顺水。

下篇博文，我们介绍通道Channel，敬请期待。

[SouthEast]: /images/20220710/b6215397f66c49b78dacf7aaef03b359.png

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