Java NIO 基本介绍与三大核心

Java NIO 基本介绍

  • Java NIO(New IO)也有人称之为 java non-blocking IO,它是从Java 1.4版本开始引入的一个新的IO API,可以替代标准的Java IO API。NIO与原来的IO有同样的作用和目的,但是使用的方式完全不同,NIO支持面向缓冲区、基于通道的IO操作。NIO将以更加高效的方式进行文件的读写操作。NIO可以理解为非阻塞IO,传统的IO的read和write只能阻塞执行,线程在读写IO期间不能干其他事情,比如调用socket.read()时,如果服务器一直没有数据传输过来,线程就一直阻塞,而NIO中可以配置socket为非阻塞模式。
  • NIO 相关类都被放在 java.nio 包及子包下,并且对原 java.io 包中的很多类进行改写。
  • NIO 有三大核心部分:Channel( 通道) ,Buffer( 缓冲区), Selector( 选择器)
  • Java NIO 的非阻塞模式,使一个线程从某通道发送请求或者读取数据,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。
  • 通俗理解:NIO 是可以做到用一个线程来处理多个操作的。假设有 1000 个请求过来,根据实际情况,可以分配20 或者 80个线程来处理。不像之前的阻塞 IO 那样,非得分配 1000 个。

NIO 和 BIO 的比较

  • BIO 以流的方式处理数据,而 NIO 以块的方式处理数据,块 I/O 的效率比流 I/O 高很多
  • BIO 是阻塞的,NIO 则是非阻塞的
  • BIO 基于字节流和字符流进行操作,而 NIO 基于 Channel(通道)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(选择器)用于监听多个通道的事件(比如:连接请求,数据到达等),因此使用单个线程就可以监听多个客户端通道
NIO BIO
面向缓冲区(Buffer) 面向流(Stream)
非阻塞(Non Blocking IO) 阻塞IO(Blocking IO)
选择器(Selectors)

NIO 三大核心原理示意图

  NIO 有三大核心部分:Channel( 通道) ,Buffer( 缓冲区), Selector( 选择器)

Buffer缓冲区

  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,用来方便的访问该块内存。相比较直接对数组的操作,Buffer API更加容易操作和管理。

Channel(通道)

  Java NIO的通道类似流,但又有些不同:既可以从通道中读取数据,又可以写数据到通道。但流的(input或output)读写通常是单向的。 通道可以非阻塞读取和写入通道,通道可以支持读取或写入缓冲区,也支持异步地读写。

Selector选择器

  Selector是 一个Java NIO组件,可以能够检查一个或多个 NIO 通道,并确定哪些通道已经准备好进行读取或写入。这样,一个单独的线程可以管理多个channel,从而管理多个网络连接,提高效率。
Java NIO 基本介绍与三大核心_第1张图片

  • 每个 channel 都会对应一个 Buffer
  • 一个线程对应一个Selector , 一个Selector对应多个 channel(连接)
  • 程序切换到哪个 channel 是由事件决定的
  • Selector 会根据不同的事件,在各个通道上切换
  • Buffer 就是一个内存块 , 底层是一个数组
  • 数据的读取写入是通过 Buffer完成的 ,BIO 中要么是输入流,或者是输出流, 不能双向,但是 NIO 的 Buffer 是可以读也可以写。
  • Java NIO系统的核心在于:通道(Channel)和缓冲区 (Buffer)。通道表示打开到 IO 设备(例如:文件、 套接字)的连接。若需要使用 NIO 系统,需要获取用于连接 IO 设备的通道以及用于容纳数据的缓冲区。然后操作缓冲区,对数据进行处理。简而言之,Channel 负责传输, Buffer 负责存取数据

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