Java NIO小结

Java NIO是什么

J2SE 1.4引进的Java IO新特性，实现JSR 51，是Java原IO系统的增强和补充，故取New IO之名。相关的类都放在java.nio包下。

为什么需要Java nio

两个字，效率，NIO能够处理的所有场景，原IO基本都能做到，NIO因效率而生，效率包括处理速度和吞吐量(Througthout, Scalability)。Java原IO都是流式的(Stream Oriented)，一个Byte一个Byte的读取，且需要在JVM(用户空间)和操作系统内核空间之间复制数据(Bytes)，速度较慢。IO主要分两块，文件系统IO和网络IO。文件系统方面，通过批量处理(Buffer)，操作直接委托给操作系统(Direct)，充分的利用操作系统的IO能力，提高访问性能，不过NIO还不支持文件系统的异步调用。网络IO方面，提供非阻塞操作，减少处理网络IO的线程数，增强可伸缩性(Scalability)。额外提一下，线程切换(Context Swith)是繁重的，多了会严重影响性能(可伸缩性, Scalability)，线程越多越糟糕，n核的机器参考的线程数是n或n+1。

Java NIO的三个重要抽象

Java NIO引入的最重要三个抽象是Buffer，Channel，Selector，因为Java NIO中文件系统部分是阻塞的的，故不会用到Selector。下面分别来介绍。

Buffer

读或写数据的暂存容器，与Channel匹配使用。提供批量的向Channel写入或者读取数据功能。有四个int属性需要理解:

• mark
  标记的位置，default -1。
• position
  游标当前位置
• limit
  存活(可用)Byte最后一个的位置
• capacity
  Buffer的最大容量

很多Buffer的操作都与上面四个属性有关，比如flip()，rewind(), clear()等。最重要的一个Buffer实现是ByteBuffer，主要实现对Byte的存取操作，常用的还有CharBuffer。

Channel

Client与IO设备之间读写的交互通道，数据先放到Buffer里面，再经Channel写入设备，或者从Channel里面读取数据。常用的有FileChannel，ServerSocketChannel和SocketChannel。

Selector

针对非阻塞(No-Blocking)的Channel，提供事件通知的机制。很多教程强调Selector提供了多路复用(单个线程或少数线程负责多个Channel的事件通知)的机制，作为Node.js的粉丝，我觉得Selector太复杂了，解释也很难懂。依我的理解，非阻塞式编程是基于事件的，Selector就是事件的通讯机制。非阻塞式才是关键，Event Bus构建非阻塞式编程的环境。

Java NIO不是终点

在一个理想的n核环境里，有n或者n+1个线程在拼命的工作(非阻塞式的在n个核上执行CPU指令)，很少切换线程，充分利用CPU资源。但是现在JDBC依然是阻塞，虽然网络的交互非阻塞了，收到Message之后通常需要操作数据库，操作数据库的过程是阻塞的，需要大量的线程来等待。根据木桶原理，依然需要大量的线程，依然没能拥有完美的伸缩性(scalability)。比原来好多了，但还不是终点。有人争辩说，我用多线程服务器工作得很好，有多少多少的吞吐量云云，同学，可以更好的，不是吗？

文件操作的一个小例子

本来文件操作是非常简单的，无需多言，但ByteBuffer与字符(Char)之间还有一个编码解码的过程，要是ByteBuffer里面的编码结束之后还剩Byte怎么办?要留到下一次read一起编码。例子参考了Java官网的Example。注意rewind(),flip()。

public void readFileNio(String filePath) throws Exception {
		File file = new File(filePath);
		if (!(file.exists() && file.isFile())) {
			throw new Exception("file not exist");
		}

		String encoding = System.getProperty("file.encoding");
		FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(file);
		FileChannel channel = fileInputStream.getChannel();
		System.out.println(channel.size());

		ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024 * 1024);

		while (channel.read(byteBuffer) > 0) {
			byteBuffer.rewind();
			CharBuffer charBuffer = Charset.forName(encoding)
					.decode(byteBuffer);
			System.out.print(charBuffer.toString());
			byteBuffer.flip();
		}

		fileInputStream.close();
	}