Java NIO和IO的区别
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。
io nio
面向流 面向缓冲
阻塞io 非阻塞io
无 选择器
面向流与面向缓冲
java nio和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。 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
java 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。 java 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)
java 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。
nio和io如何影响应用程序的设计
无论您选择io或nio工具箱,可能会影响您应用程序设计的以下几个方面:
1.对nio或io类的api调用。
2.数据处理。
3.用来处理数据的线程数。
api调用
当然,使用nio的api调用时看起来与使用io时有所不同,但这并不意外,因为并不是仅从一个inputstream逐字节读取,而是数据必须先读入缓冲区再处理。
数据处理
使用纯粹的nio设计相较io设计,数据处理也受到影响。
在io设计中,我们从inputstream或 reader逐字节读取数据。假设你正在处理一基于行的文本数据流,例如:
name: anna
age: 25
email: anna@mailserver.com
phone: 1234567890
该文本行的流可以这样处理:
bufferedreader reader = new bufferedreader(new inputstreamreader(input));
string nameline = reader.readline();
string ageline = reader.readline();
string emailline = reader.readline();
string phoneline = reader.readline();
请注意处理状态由程序执行多久决定。换句话说,一旦reader.readline()方法返回,你就知道肯定文本行就已读完, readline()阻塞直到整行读完,这就是原因。你也知道此行包含名称;同样,第二个readline()调用返回的时候,你知道这行包含年龄等。 正如你可以看到,该处理程序仅在有新数据读入时运行,并知道每步的数据是什么。一旦正在运行的线程已处理过读入的某些数据,该线程不会再回退数据(大多如此)。下图也说明了这条原则:
(java io: 从一个阻塞的流中读数据) 而一个nio的实现会有所不同,下面是一个简单的例子:
int bytesread = inchannel.read(buffer);
注意第二行,从通道读取字节到bytebuffer。当这个方法调用返回时,你不知道你所需的所有数据是否在缓冲区内。你所知道的是,该缓冲区包含一些字节,这使得处理有点困难。
假设第一次 read(buffer)调用后,读入缓冲区的数据只有半行,例如,“name:an”,你能处理数据吗?显然不能,需要等待,直到整行数据读入缓存,在此之前,对数据的任何处理毫无意义。
所以,你怎么知道是否该缓冲区包含足够的数据可以处理呢?好了,你不知道。发现的方法只能查看缓冲区中的数据。其结果是,在你知道所有数据都在缓冲区里之前,你必须检查几次缓冲区的数据。这不仅效率低下,而且可以使程序设计方案杂乱不堪。例如:
bytebuffer buffer = bytebuffer.allocate(48);
int bytesread = inchannel.read(buffer);
while(! bufferfull(bytesread) ) {
bytesread = inchannel.read(buffer);
}
bufferfull()方法必须跟踪有多少数据读入缓冲区,并返回真或假,这取决于缓冲区是否已满。换句话说,如果缓冲区准备好被处理,那么表示缓冲区满了。
bufferfull()方法扫描缓冲区,但必须保持在bufferfull()方法被调用之前状态相同。如果没有,下一个读入缓冲区的数据可能无法读到正确的位置。这是不可能的,但却是需要注意的又一问题。
如果缓冲区已满,它可以被处理。如果它不满,并且在你的实际案例中有意义,你或许能处理其中的部分数据。但是许多情况下并非如此。下图展示了“缓冲区数据循环就绪”:
3) 用来处理数据的线程数
nio可让您只使用一个(或几个)单线程管理多个通道(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的服务器可能是一个优势。同样,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所有出站连接,可能是一个优势。一个线程多个连接的设计方案如
java nio: 单线程管理多个连接
如果你有少量的连接使用非常高的带宽,一次发送大量的数据,也许典型的io服务器实现可能非常契合。下图说明了一个典型的io服务器设计:
java io: 一个典型的io服务器设计- 一个连接通过一个线程处理
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