不懂就背--Java中的IO和NIO相关知识点总结

一、IO和NIO的概念

NIO即New IO，这个库是在JDK1.4中才引入的。NIO和IO有相同的作用和目的，但实现方式不同，NIO主要用到的是块，所以NIO的效率要比IO高很多。
在Java API中提供了两套NIO，一套是针对标准输入输出NIO，另一套就是网络编程NIO。

二、NIO和IO的主要区别

下表总结了Java IO和NIO之间的主要区别：

IO	NIO
面向流	面向缓冲
阻塞IO	非阻塞IO
无	选择器

1、什么是面向流与面向缓冲？

在Java IO中读取数据和写入数据是面向流（Stream）的,这表示当我们从流中读取数据，写入数据时也将其写入流，流的含义在于没有缓存 ，就好像我们站在流水线前，所有的数据沿着流水线依次到达我们的面前，我们只能读取当前的数据（相当于我们拥有一个数据流的切面）。如果需要获取某个数据的前一项或后一项数据那就必须自己缓存数据，而不能直接从流中获取（因为面向流就意味着我们只有一个数据流的切面）

而在Java NIO中数据的读写是面向缓冲区（Buffer）的，读取时可以将整块的数据读取到缓冲区中，在写入时则可以将整个缓冲区中的数据一起写入。这就好像是将流水线传输变成了卡车运送，面向流的数据读写只提供了一个数据流切面，而面向缓冲区的IO则使我们能够看到数据的上下文，也就是说在缓冲区中获取某项数据的前一项数据或者是后一项数据十分方便。
这种便利是有代价的，因为我们必须管理好缓冲区，这包括不能让新的数据覆盖了缓冲区中还没有被处理的有用数据；将缓冲区中的数据正确的分块,分清哪些被处理过哪些还没有等等。

2、那什么是阻塞与非阻塞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。它是利用事件驱动机制，而不是监听机制，事件到的时候再触发。NIO线程之间通过wait，notify等方式通讯。保证了每次上下文切换都有意义，减少无谓的进程切换。
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）。

3、什么是选择器？（Selectors）

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。

三、NIO和IO如何影响应用程序的设计

无论您选择IO或NIO工具箱，可能会影响您应用程序设计的以下几个方面：

1.对NIO或IO类的API调用。
2.数据处理。
3.用来处理数据的线程数。

四、总结

NIO可让您只使用一个（或几个）单线程管理多个通道（网络连接或文件），但付出的代价是解析数据可能会比从一个阻塞流中读取数据更复杂。

如果需要管理同时打开的成千上万个连接，这些连接每次只是发送少量的数据，例如聊天服务器，实现NIO的服务器可能是一个优势。同样，如果你需要维持许多打开的连接到其他计算机上，如P2P网络中，使用一个单独的线程来管理你所有出站连接，可能是一个优势。一个线程多个连接的设计方案如下图所示：

Java NIO: 单线程管理多个连接

如果你有少量的连接使用非常高的带宽，一次发送大量的数据，也许典型的IO服务器实现可能非常契合。下图说明了一个典型的IO服务器设计：

Java IO: 一个典型的IO服务器设计- 一个连接通过一个线程处理.

Java IO 工作流程

由于Java IO是阻塞的，所以当面对多个流的读写时需要多个线程处理。例如在网络IO中，Server端使用一个线程监听一个端口，一旦某个连接被accept，创建新的线程来处理新建立的连接。
Java IO

其中 read/write 是阻塞的。

Java NIO 工作流程

Java NIO 提供 Selector 实现单个线程管理多个channel的功能。
Java NIO

其中select 调用可能是阻塞的，也可以是非阻塞的。但是read/write是非阻塞的