java-NIO基础

一、 Java NIO和传统IO的对比

二、 java NIO类库简介

2.1 Buffer缓冲区(特点:面向块)

传统JavaIO是面向流的I/O。流I/O一次处理一个字节。NIO则是面向块的I/O，每次操作都是以数据块为单位。它们的差距就好象两个人吃饭，一个人一粒一粒的吃，另一个人狼吞虎咽，快慢显而易见。NIO中引入了缓冲区（Buffer）的概念，缓冲区作为传输数据的基本单位：块。Buffer缓冲区的引入，是NIO与传统IO的一个重要区别.在传统IO中，都是针对流数据的操作，在NIO中是针对缓冲区数据操作。 缓冲区的实质是一个数组，最常用的是ByteBuffer.事实上每一种java基本类型都对应一种缓冲区类型.

java-nio 缓冲区类图

2.2 Channel通道

Channel是数据通道，它与传统IO Stream的主要区别在于通道是双向读写的，流只是朝着一个方向移动 Channel可以主要分为2大类：一类为网络数据读写的SelectableChannel和文件读写的FileChannel.

2.3 多路复用器选择器Selector

Selector类是NIO的核心类，Selector能够检测多个注册的通道上，是否有事件发生，如果有事件发生，便获取事件然后针对每个事件进行相应的响应处理。这样一来，只是用一个单线程就可以管理多个通道，也就是管理多个连接。这样使得只有在连接真正有读写事件发生时，才会调用函数来进行读写，就大大地减少了系统开销，并且不必为每个连接都创建一个线程，不用去维护多个线程，并且避免了多线程之间的上下文切换导致的开销。

2.4 文件锁定，内存映射等其他新特性

• 文件锁定是多个进程协同工作的情况下，要协调进程间对共享数据的访问必不可少的工具。
• 内存映射利用虚拟内存技术提供对文件的高速缓存，使读取磁盘文件就像从内存中读取一样高效，但是却不会有内存泄漏的危险，因为在内存中不会存在文件的完整拷贝。

三、 IO模型

JDK4提供了非阻塞IO的能力，JDK7开始提供异步IO能力(NIO2.0)

3.1 阻塞I/O

• 同步阻塞IO

在数据没有读写完成之前，线程不可以进行下一步操作，这样线程只好眼睁睁的在那里傻等。 下图为采用阻塞IO的通讯模型的服务端，由一个Acceptor监听客户端的链接，它接收到客户端的请求后创建一个新的线程进行链路处理，通过输出流应答客户端，线程销毁。简单地说就是，一客户端请求对应一个线程.

阻塞IO模型

这个模型有一个很大的问题，就是当客户端请求规模较大的时候，一客户端请求创建一个线程,导致服务器资源消耗殆尽，造成宕机。

• 伪异步IO(线程池)

为了解决这个问题，在服务端使用线程池。线程的数量是固定的(线程池)，使用的时候借用获取，用完之后不是销毁而是将线程归还给线程池。但这个解决方案，在并发量超过线程池内现成的数量时，会导致获取线程的时间拉长,应答缓慢,延迟较大！这个方案，我们称为"伪异步IO"!

伪异步IO模型

3.2 非阻塞I/O(Non-Block IO)

• 传统JavaIO是基于阻塞I/O模型的：当发起一个I/O请求时，如果数据没有准备好（read时无可读数据，write时数据不可写入），那么线程便会阻塞，直到数据准备好，导致线程大部分的时间都在阻塞。
• 非阻塞I/O则允许线程在有数据的时候处理数据，没有数据的时候释放CPU资源，提高了资源利用率。在数据没有准备好之前，调用线程可以离开，只需要每隔一段时间回来询问一次。

3.3 异步I/O

在数据没有读写完成之前，调用线程可以离开也不用轮询。在数据准备好之后，多路复用监听会主动通知调用线程。这通常需要复杂的设计，为降低NIO与AIO的实现复杂度，我们可以使用Netty或者mina等框架。

java-io模型对比

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