Java IO/NIO学习总结

下面是自己学习整理Java IO/NIO的总结，期间浏览了网上很多优秀的总结分析文章，一并贴在这里供大家学习参考。IO的知识点学习大概分为以下几个部分：

1. 概念理解

2. 熟悉Java IO API

3. 熟悉Java NIO API

4. 系统的IO优化

5. 优秀IO/NIO开源框架学习

第一部分：概念理解

什么是IO？IO就是Input（输入）和Output（输出），比如：从文件系统中读取某个文件的内容，一台服务器将数据发送到另一台服务器，这些都是IO操作。IO研究的问题无非就是把什么样的数据（数据格式）以什么数据形式发送到哪里的问题。

第二部分：熟悉Java IO  API

1. 基于字节操作的 I/O 接口：InputStream 和 OutputStream

2. 基于字符操作的 I/O 接口：Writer 和 Reader

3. 基于磁盘操作的 I/O 接口：File（重点）

4. 基于网络操作的 I/O 接口：Socket（重点）

前两组主要是根据传输数据的数据格式，后两组主要是根据传输数据的方式，虽然 Socket 类并不在 java.io 包下，但是它的实质也是IO。

第三部分：熟悉Java NIO  API

Java NIO的出现是为了弥补IO在很多方面的不足。Java NIO是基于Buffer和Channel的。他们最主要的区别在于：

IO	NIO
Stream oriented（面向流）	Buffer oriented（面向buffer）
Blocking IO（阻塞）	Non blocking IO（非阻塞）
	Selector（选择器）

传统IO操作状态无法记录，不知道读/写了多少，还有多少是有效字节，下次从哪里开始读/写，NIO则很好的解决了这个问题，使得操作更加精确可控，而且读写效率更高。

NIO里关键的Buffer实现：

• ByteBuffer

• CharBuffer

• IntBuffer

• ShortBuffer

• LongBuffer

• FloatBuffer

• DoubleBuffer

• MappedbyteBuffer

NIO里关键的Channel实现：

• FileChannel：从文件中读写数据

• DatagramChannel：通过UDP 读写网络中的数据

• SocketChannel：通过TCP读写网络中的数据

• ServerSocketChannel：可以监听新进来的TCP连接，像web 服务器那样。对每一个新进来得连接都会创建一个SocketChannel。

其它重要的类：

• Selector

• SelectionKey

• Channels

重要概念的理解：同步、异步、阻塞、非阻塞

buffer的理解：capacity、limit、position、mark

第四部分：系统的IO优化

磁盘IO优化：

• 增加缓存，减少磁盘访问次数

• 优化磁盘的管理系统，设计最优的磁盘访问策略，以及磁盘的寻址策略，这里是在底层操作系统层面考虑的。

• 设计合理的磁盘存储数据块，以及访问这些数据块的策略，这里是在应用层面考虑的。如我们可以给存放的数据设计索引，通过寻址索引来加快和减少磁盘的访问，还有可以采用异步和非阻塞的方式加快磁盘的访问效率。

• 应用合理的 RAID 策略提升磁盘 IO，

网络IO优化：

• 一个是减少网络交互的次数：要减少网络交互的次数通常我们在需要网络交互的两端会设置缓存，比如 Oracle 的 JDBC 驱动程序，就提供了对查询的 SQL 结果的缓存，在客户端和数据库端都有，可以有效的减少对数据库的访问。关于 Oracle JDBC 的内存管理可以参考《 Oracle JDBC 内存管理》。除了设置缓存还有一个办法是，合并访问请求：如在查询数据库时，我们要查 10 个 id，我可以每次查一个 id，也可以一次查 10 个 id。再比如在访问一个页面时通过会有多个 js 或 css 的文件，我们可以将多个 js 文件合并在一个 HTTP 链接中，每个文件用逗号隔开，然后发送到后端 Web 服务器根据这个 URL 链接，再拆分出各个文件，然后打包再一并发回给前端浏览器。这些都是常用的减少网络 I/O 的办法。

• 减少网络传输数据量的大小：减少网络数据量的办法通常是将数据压缩后再传输，如 HTTP 请求中，通常 Web 服务器将请求的 Web 页面 gzip 压缩后在传输给浏览器。还有就是通过设计简单的协议，尽量通过读取协议头来获取有用的价值信息。比如在代理程序设计时，有 4 层代理和 7 层代理都是来尽量避免要读取整个通信数据来取得需要的信息。

• 尽量减少编码：通常在网络 I/O 中数据传输都是以字节形式的，也就是通常要序列化。但是我们发送要传输的数据都是字符形式的，从字符到字节必须编码。但是这个编码过程是比较耗时的，所以在要经过网络 I/O 传输时，尽量直接以字节形式发送。也就是尽量提前将字符转化为字节，或者减少字符到字节的转化过程。

• 根据应用场景设计合适的交互方式：所谓的交互场景主要包括同步与异步阻塞与非阻塞方式

第五部分：优秀IO/NIO开源框架学习

目前开源社区比较优秀的IO/NIO开源框架有：Apache MINA、Netty

通过学习优秀的开源框架，我们可以升华我们所学，进一步的加深对IO/NIO的理解。以下是一些优秀的参考博客：

1、Java NIO系列教程（重点推荐）：

http://www.iteye.com/magazines/132-Java-NIO

2、深入分析 Java I/O 的工作机制（重点推荐）：

https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-javaio/

3、深入分析Java中的中文编码问题（重点推荐）：

http://http//www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-chinesecoding/

4、Java深入历险——Java IO

http://www.infoq.com/cn/articles/cf-java-i-o

5、Java NIO分析

https://askingwindy.gitbooks.io/gitbook-java-interview-note/content/io/syn-ays-blocked/nio.html

6、Java NIO原理图文分析

http://weixiaolu.iteye.com/blog/1479656