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你知道IO与NIO有什么区别吗?

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Java深度编程
发布2021-06-25 21:36:08
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发布2021-06-25 21:36:08
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文章被收录于专栏:Java深度编程Java深度编程

1、阻塞与非阻塞

阻塞与非阻塞是描述进程在访问某个资源时,数据是否准备就绪的的一种处理方式。当数据没有准备就绪时:

  • 阻塞:线程持续等待资源中数据准备完成,直到返回响应结果。
  • 非阻塞:线程直接返回结果,不会持续等待资源准备数据结束后才响应结果。

2、同步与异步

  • 同步与异步是指访问数据的机制,同步一般指主动请求并等待IO操作完成的方式。
  • 异步则指主动请求数据后便可以继续处理其它任务,随后等待IO操作完毕的通知。

老王烧开水: 1、普通水壶煮水,站在旁边,主动的看水开了没有?同步的阻塞 2、普通水壶煮水,去干点别的事,每过一段时间去看看水开了没有,水没开就走人。同步非阻塞 3、响水壶煮水,站在旁边,不会每过一段时间主动看水开了没有。如果水开了,水壶自动通知他。异步阻塞 4、响水壶煮水,去干点别的事,如果水开了,水壶自动通知他。异步非阻塞

基础概念

1、传统BIO模型

传统BIO是一种同步的阻塞IO,IO在进行读写时,该线程将被阻塞,线程无法进行其它操作。 IO流在读取时,会阻塞。直到发生以下情况:1、有数据可以读取。2、数据读取完成。3、发生异常

2、伪异步IO模型

以传统BIO模型为基础,通过线程池的方式维护所有的IO线程,实现相对高效的线程开销及管理。

3、NIO模型

NIO(JDK1.4)模型是一种同步非阻塞IO,主要有三大核心部分:Channel(通道),Buffer(缓冲区), Selector(多路复用器)。传统IO基于字节流和字符流进行操作,而NIO基于Channel和Buffer(缓冲区)进行操作,数据总是从通道读取到缓冲区中,或者从缓冲区写入到通道中。Selector(多路复用器)用于监听多个通道的事件(比如:连接打开,数据到达)。因此,单个线程可以监听多个数据通道。 NIO和传统IO(一下简称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。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。 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)。

NIO优点:
  1. 通过Channel注册到Selector上的状态来实现一种客户端与服务端的通信。
  2. Channel中数据的读取是通过Buffer , 一种非阻塞的读取方式。
  3. Selector 多路复用器 单线程模型, 线程的资源开销相对比较小。
Channel(通道)

传统IO操作对read()或write()方法的调用,可能会因为没有数据可读/可写而阻塞,直到有数据响应。也就是说读写数据的IO调用,可能会无限期的阻塞等待,效率依赖网络传输的速度。最重要的是在调用一个方法前,无法知道是否会被阻塞。

NIO的Channel抽象了一个重要特征就是可以通过配置它的阻塞行为,来实现非阻塞式的通道。

Channel是一个双向通道,与传统IO操作只允许单向的读写不同的是,NIO的Channel允许在一个通道上进行读和写的操作。

FileChannel:文件

SocketChannel:

ServerSocketChannel:

DatagramChannel: UDP

Buffer(缓冲区)

Bufer顾名思义,它是一个缓冲区,实际上是一个容器,一个连续数组。Channel提供从文件、网络读取数据的渠道,但是读写的数据都必须经过Buffer。

Buffer(缓冲区)

Buffer缓冲区本质上是一块可以写入数据,然后可以从中读取数据的内存。这块内存被包装成NIO Buffer对象,并提供了一组方法,用来方便的访问该模块内存。为了理解Buffer的工作原理,需要熟悉它的三个属性:capacity、position和limit。

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。见下图:

capacity、position和limit

  • capacity:作为一个内存块,Buffer有固定的大小值,也叫作“capacity”,只能往其中写入capacity个byte、long、char等类型。一旦Buffer满了,需要将其清空(通过读数据或者清楚数据)才能继续写数据。
  • position:当你写数据到Buffer中时,position表示当前的位置。出事的position值为0,当写入一个字节数据到Buffer中后,position会向前移动到下一个可插入数据的Buffer单元。position最大可为capacity-1。当读取数据时,也是从某个特定位置读,讲Buffer从写模式切换到读模式,position会被重置为0。当从Buffer的position处读取一个字节数据后,position向前移动到下一个可读的位置。
  • limit:在写模式下,Buffer的limit表示你最多能往Buffer里写多少数据。写模式下,limit等于Buffer的capacity。当切换Buffer到读模式时, limit表示你最多能读到多少数据。因此,当切换Buffer到读模式时,limit会被设置成写模式下的position值。换句话说,你能读到之前写入的所有数据(limit被设置成已写数据的数量,这个值在写模式下就是position)
Buffer的分配:

对Buffer对象的操作必须首先进行分配,Buffer提供一个allocate(int capacity)方法分配一个指定字节大小的对象。 向Buffer中写数据:写数据到Buffer中有两种方式: 1.从channel写到Buffer

作者:林亚希 链接:https://www.jianshu.com/p/5bb812ca5f8e

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原始发表:2021-06-20,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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  • 1、阻塞与非阻塞
  • 2、同步与异步
  • 基础概念
    • 1、传统BIO模型
      • 2、伪异步IO模型
        • 3、NIO模型
          • NIO优点:
            • Channel(通道)
              • Buffer(缓冲区)
                • Buffer的分配:
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