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Java NIO和IO的區(qū)別

 更新時間:2014年06月04日 08:54:50   作者:  
這篇文章主要介紹了Java NIO和IO的區(qū)別,需要的朋友可以參考下

下表總結了Java NIO和IO之間的主要差別,我會更詳細地描述表中每部分的差異。

復制代碼 代碼如下:

IO                NIO
面向流            面向緩沖
阻塞IO            非阻塞IO
無                選擇器

面向流與面向緩沖

Java NIO和IO之間第一個最大的區(qū)別是,IO是面向流的,NIO是面向緩沖區(qū)的。 Java IO面向流意味著每次從流中讀一個或多個字節(jié),直至讀取所有字節(jié),它們沒有被緩存在任何地方。此外,它不能前后移動流中的數(shù)據(jù)。如果需要前后移動從流中讀取的數(shù)據(jù),需要先將它緩存到一個緩沖區(qū)。 Java NIO的緩沖導向方法略有不同。數(shù)據(jù)讀取到一個它稍后處理的緩沖區(qū),需要時可在緩沖區(qū)中前后移動。這就增加了處理過程中的靈活性。但是,還需要檢查是否該緩沖區(qū)中包含所有您需要處理的數(shù)據(jù)。而且,需確保當更多的數(shù)據(jù)讀入緩沖區(qū)時,不要覆蓋緩沖區(qū)里尚未處理的數(shù)據(jù)。

阻塞與非阻塞IO

Java IO的各種流是阻塞的。這意味著,當一個線程調用read() 或 write()時,該線程被阻塞,直到有一些數(shù)據(jù)被讀取,或數(shù)據(jù)完全寫入。該線程在此期間不能再干任何事情了。 Java NIO的非阻塞模式,使一個線程從某通道發(fā)送請求讀取數(shù)據(jù),但是它僅能得到目前可用的數(shù)據(jù),如果目前沒有數(shù)據(jù)可用時,就什么都不會獲取。而不是保持線程阻塞,所以直至數(shù)據(jù)變的可以讀取之前,該線程可以繼續(xù)做其他的事情。 非阻塞寫也是如此。一個線程請求寫入一些數(shù)據(jù)到某通道,但不需要等待它完全寫入,這個線程同時可以去做別的事情。 線程通常將非阻塞IO的空閑時間用于在其它通道上執(zhí)行IO操作,所以一個單獨的線程現(xiàn)在可以管理多個輸入和輸出通道(channel)。

選擇器(Selectors)

Java NIO的選擇器允許一個單獨的線程來監(jiān)視多個輸入通道,你可以注冊多個通道使用一個選擇器,然后使用一個單獨的線程來“選擇”通道:這些通道里已經(jīng)有可以處理的輸入,或者選擇已準備寫入的通道。這種選擇機制,使得一個單獨的線程很容易來管理多個通道。

NIO和IO如何影響應用程序的設計

無論您選擇IO或NIO工具箱,可能會影響您應用程序設計的以下幾個方面:

1.對NIO或IO類的API調用。
2.數(shù)據(jù)處理。
3.用來處理數(shù)據(jù)的線程數(shù)。

API調用

當然,使用NIO的API調用時看起來與使用IO時有所不同,但這并不意外,因為并不是僅從一個InputStream逐字節(jié)讀取,而是數(shù)據(jù)必須先讀入緩沖區(qū)再處理。

數(shù)據(jù)處理

使用純粹的NIO設計相較IO設計,數(shù)據(jù)處理也受到影響。

在IO設計中,我們從InputStream或 Reader逐字節(jié)讀取數(shù)據(jù)。假設你正在處理一基于行的文本數(shù)據(jù)流,例如:

復制代碼 代碼如下:

Name: Anna
Age: 25
Email: anna@mailserver.com
Phone: 1234567890

該文本行的流可以這樣處理:

復制代碼 代碼如下:

BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(input));

String nameLine   = reader.readLine();
String ageLine    = reader.readLine();
String emailLine  = reader.readLine();
String phoneLine  = reader.readLine();

請注意處理狀態(tài)由程序執(zhí)行多久決定。換句話說,一旦reader.readLine()方法返回,你就知道肯定文本行就已讀完, readline()阻塞直到整行讀完,這就是原因。你也知道此行包含名稱;同樣,第二個readline()調用返回的時候,你知道這行包含年齡等。 正如你可以看到,該處理程序僅在有新數(shù)據(jù)讀入時運行,并知道每步的數(shù)據(jù)是什么。一旦正在運行的線程已處理過讀入的某些數(shù)據(jù),該線程不會再回退數(shù)據(jù)(大多如此)。下圖也說明了這條原則:


(Java IO: 從一個阻塞的流中讀數(shù)據(jù)) 而一個NIO的實現(xiàn)會有所不同,下面是一個簡單的例子:

復制代碼 代碼如下:
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);

int bytesRead = inChannel.read(buffer);

注意第二行,從通道讀取字節(jié)到ByteBuffer。當這個方法調用返回時,你不知道你所需的所有數(shù)據(jù)是否在緩沖區(qū)內。你所知道的是,該緩沖區(qū)包含一些字節(jié),這使得處理有點困難。
假設第一次 read(buffer)調用后,讀入緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)只有半行,例如,“Name:An”,你能處理數(shù)據(jù)嗎?顯然不能,需要等待,直到整行數(shù)據(jù)讀入緩存,在此之前,對數(shù)據(jù)的任何處理毫無意義。

所以,你怎么知道是否該緩沖區(qū)包含足夠的數(shù)據(jù)可以處理呢?好了,你不知道。發(fā)現(xiàn)的方法只能查看緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)。其結果是,在你知道所有數(shù)據(jù)都在緩沖區(qū)里之前,你必須檢查幾次緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)。這不僅效率低下,而且可以使程序設計方案雜亂不堪。例如:

復制代碼 代碼如下:

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);

int bytesRead = inChannel.read(buffer);

while(! bufferFull(bytesRead) ) {

bytesRead = inChannel.read(buffer);

}

bufferFull()方法必須跟蹤有多少數(shù)據(jù)讀入緩沖區(qū),并返回真或假,這取決于緩沖區(qū)是否已滿。換句話說,如果緩沖區(qū)準備好被處理,那么表示緩沖區(qū)滿了。

bufferFull()方法掃描緩沖區(qū),但必須保持在bufferFull()方法被調用之前狀態(tài)相同。如果沒有,下一個讀入緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)可能無法讀到正確的位置。這是不可能的,但卻是需要注意的又一問題。

如果緩沖區(qū)已滿,它可以被處理。如果它不滿,并且在你的實際案例中有意義,你或許能處理其中的部分數(shù)據(jù)。但是許多情況下并非如此。下圖展示了“緩沖區(qū)數(shù)據(jù)循環(huán)就緒”:


3) 用來處理數(shù)據(jù)的線程數(shù)

NIO可讓您只使用一個(或幾個)單線程管理多個通道(網(wǎng)絡連接或文件),但付出的代價是解析數(shù)據(jù)可能會比從一個阻塞流中讀取數(shù)據(jù)更復雜。

如果需要管理同時打開的成千上萬個連接,這些連接每次只是發(fā)送少量的數(shù)據(jù),例如聊天服務器,實現(xiàn)NIO的服務器可能是一個優(yōu)勢。同樣,如果你需要維持許多打開的連接到其他計算機上,如P2P網(wǎng)絡中,使用一個單獨的線程來管理你所有出站連接,可能是一個優(yōu)勢。一個線程多個連接的設計方案如



Java NIO: 單線程管理多個連接


如果你有少量的連接使用非常高的帶寬,一次發(fā)送大量的數(shù)據(jù),也許典型的IO服務器實現(xiàn)可能非常契合。下圖說明了一個典型的IO服務器設計:


Java IO: 一個典型的IO服務器設計- 一個連接通過一個線程處理


 

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