【IO专栏】Java OIO NIO通信对比分析【002】

在1.4版本之前，Java IO类库是阻塞IO；从1.4版本开始，引入了新的异步IO库，被称为Java new IO 类库，new IO 类库的目标，就是要让Java支持非阻塞IO，基于这个原因更多人喜欢称JAVA NIO为非阻塞IO（Non-Block IO）,称为“老的”阻塞式JAVA IO为OIO （Old IO）.总体上说，NIO弥补了原来面向流的OIO同步阻塞的不足，它为标准Java代码提供了高速的，面向缓冲区的IO。

Java NIO由以下三个核心组件组成：

Channel(通道)

Buffer (缓冲区)

Selector(选择器)

如果理解了第一章的四种IO模型，大家一眼就能识别出来，Java NIO，属于第三种模型--IO多路复用模型。当然，Java NIO组件，提供了统一的API，为了大家屏蔽了底层的不同操作系统的差异。

后面，我们会对以上三个Java NIO的核心组件，展开详细介绍。先来看看Java 的NIO和OIO的简单对比。

 

NIO和OIO的对比

在Java中，NIO和OIO的区别，主要体现在三个方面：

（1）OIO面向流（Steam Oriented）的，NIO是面向缓冲区（Buffer Oriented）

何谓面向流，何谓面向缓冲区呢？

OIO是面向字节流，或字符流的，在一般的OIO操作中，我们以流式的方式顺序地从一个流（Steam）中读取一个或多个字节，因此，我们不能随意的改变读取指针的位置。而在NIO操作中则不同，NIO引入了Channel（通道）和Buffer(缓冲区)的概念。读取和写入，只需要从通道中读取数据到缓冲区中，或将数据从缓冲区中写入到通道中。NIO不像OIO那样是顺序操作，可以随意地读取Buffer中任意位置的数据。

（2）OIO的操作是阻塞的，而NIO的操作是非阻塞的。

NIO是如何做到非阻塞的？大家都知道，OIO操作都是阻塞的，例如，我们调用了一个read方法读取一个文件的内容，那么调用read的线程会被阻塞住，直到read操作完成。

而在NIO的非阻塞模式中，当我们调用read方法时，如果此时有数据，则read读取数据返回；如果此时没有数据，则read直接返回，而不会阻塞当前线程。NIO的非阻塞，是如何做到的？其实上一章答案已经揭晓了，NIO使用了通道和通道的多路复用技术。

（3）OIO没有选择器（Selector）概念，而NIO有选择概念。

NIO的实现，是基于底层的选择器的系统调用。NIO的选择器，需要底层操作系统提供支持。而OIO不需要用到选择器。

 

通道（channel）

在OIO中，同一个网络接连会关联到两个流：一个输入流（Input Stream）另外一个输出流（OutputStream）。通过两个流，不断的进行输入和输出操作。

在NIO中，同一个网络链接使用一个通道表示，所有的NIO的IO操作都是从通道开始的。

一个通道类似于OIO中的两个流的结合体，既可以从通道读取，也可以向通道写入。

Selector选择器

什么是IO多路复用？指的是一个进程/线程可以同时监控多个文件描述符（一个网络连接，操作系统底层使用一个文件描述符来表示），一旦其中的一个或多个文件描述符可读，或者可写，系统内核就通知进程/线程。在Java应用层面上，如何实现对多个文件描述符号的监视呢？需要用到一个非常重要的Java NIO组件--Selector 选择器。

选择器的神奇功能是什么？它是一个IO事件的查询器。通过选择器，一个线程可以查询多个通道的IO事件的就绪状态。

实现IO多路复用，从具体的开发层面来讲，首先要把通道注册到选择器中，然后通过选择器内部的机制，可以查询（Select）这些注册的通道是否有已经就绪的IO事件（例如可读，科协，网络连接完成等）

一个选择器只需要一个线程进行监控，换句话说，我们可以简单的使用一个线程，通过选择器去管理多个通道。这是非常高效的，这种高效来自于Java的选择器组件Selector,以及背后的操作系统底层的IO多路复用的支持。

与OIO相比，使用选择器的最大优势：系统开销小，系统不必为每一个网络连接（文件描述符）创建线程，从而大大的减少系统的开销。

 

缓冲区（Buffer）

应用程序与通道（Channel）主要的交互操作，就是进行数据的read读和write写。为了完成如此大任，NIO为大家准备了第三个重要组件--NIO Buffer (NIO 缓冲区)。通道的读取就是将数据从通道读取到缓冲区中；通道的写入就是将数据从缓冲区中写入到通道中。

缓冲区的使用，是面向流的OIO所没有的，也是NIO非阻塞的重要前提和基础之一。