谈谈NIO和IO

时间：2023-03-09 00:02:37
谈谈NIO和IO

Channel，Buffer 和 Selector 构成了核心的API。

其它组件，如Pipe和FileLock，只不过是与三个核心组件共同使用的工具类。

Channel和Buffer

基本上，所有的 IO 在NIO 中都从一个Channel 开始。

Channel和Buffer有好几种类型。下面是JAVA NIO中的一些主要Channel的实现：

  • FileChannel：从文件中读写数据。
  • DatagramChannel：能通过UDP读写网络中的数据。
  • SocketChannel： 能通过TCP读写网络中的数据。
  • ServerSocketChannel：可以监听新进来的TCP连接，像Web服务器那样。对每一个新进来的连接都会创建一个SocketChannel。

以下是Java NIO里关键的Buffer实现：

  • ByteBuffer
  • CharBuffer
  • DoubleBuffer
  • FloatBuffer
  • IntBuffer
  • LongBuffer
  • ShortBuffer

Java NIO 还有个 MappedByteBuffer，用于表示内存映射文件

Selector允许单线程处理多个 Channel。如果你的应用打开了多个连接（通道），但每个连接的流量都很低，使用Selector就会很方便。

例如，在一个聊天服务器中。在一个单线程中使用一个Selector处理3个Channel

Java NIO的通道类似流，但又有些不同：

  • 既可以从通道中读取数据，又可以写数据到通道。但流的读写通常是单向的。
  • 通道可以异步地读写。
  • 通道中的数据总是要先读到一个Buffer，或者总是要从一个Buffer中写入。

Buffer的基本用法：

使用Buffer读写数据一般遵循以下四个步骤：

  1. 写入数据到Buffer
  2. 调用flip()方法
  3. 从Buffer中读取数据
  4. 调用clear()方法或者compact()方法

clear()方法会清空整个缓冲区。

compact()方法只会清除已经读过的数据。任何未读的数据都被移到缓冲区的起始处，新写入的数据将放到缓冲区未读数据的后面。

Buffer的三个属性：

position和limit的含义取决于Buffer处在读模式还是写模式。

不管Buffer处在什么模式，capacity的含义总是一样的。

写数据到Buffer有两种方式：

  • 从Channel写到Buffer。
  • 通过Buffer的put()方法写到Buffer里。

从Buffer中读取数据有两种方式：

  1. 从Buffer读取数据到Channel。
  2. 使用get()方法从Buffer中读取数据。

分散（scatter）从Channel中读取是指在读操作时将读取的数据写入多个buffer中。因此，Channel将从Channel中读取的数据“分散（scatter）”到多个Buffer

中。
聚集（gather）写入Channel是指在写操作时将多个buffer的数据写入同一个Channel，因此，Channel 将多个Buffer中的数据“聚集（gather）”后发送到

Channel。

Java NIO中的DatagramChannel是一个能收发UDP包的通道。因为UDP是无连接的网络协议，所以不能像其它通道那样读取和写入。它发送和接收的是数据包。

Java NIO 管道是2个线程之间的单向数据连接。Pipe有一个source通道和一个sink通道。数据会被写到sink通道，从source通道读取。

面向流与面向缓冲

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

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。

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