Java NIO 学习笔记(七)----NIO/IO 的对比和总结

目录:
Java NIO 学习笔记(一)----概述,Channel/Buffer
Java NIO 学习笔记(二)----聚集和分散,通道到通道
Java NIO 学习笔记(三)----Selector
Java NIO 学习笔记(四)----文件通道和网络通道
Java NIO 学习笔记(五)----路径、文件和管道 Path/Files/Pipe
Java NIO 学习笔记(六)----异步文件通道 AsynchronousFileChannel
Java NIO 学习笔记(七)----NIO/IO 的对比和总结

学完 NIO 和 IO 后,有一个问题:什么时候应该使用 IO,什么时候应该使用 NIO ?本文将尝试阐明 NIO 和 IO 之间的差异,并提供它们的用例,以及它们对程序代码的设计影响。

NIO 和 IO 之间的主要区别 IO NIO
以 Stream 为导向   以 Buffer 为导向  
阻塞 IO   非阻塞 IO 选择器  
以 Stream 为导向 vs 以 Buffer 为导向

NIO 和 IO 之间的第一个重要区别是 IO 是面向流的,其中 NIO 是面向缓冲区的。 那么,这意味着什么?

面向流的 IO 意味着可以从流中一次读取一个或多个字节,可以按我们的意愿使用读取的字节。 它们不会缓存在任何地方,此外,无法在流中的将数据前后移动。 如果需要将读取的数据前后移动,则需要先将其缓存在缓冲区中。

NIO 的面向缓冲区的方法略有不同。 将数据读入缓冲区,稍后处理该缓冲区。 可以根据需要在缓冲区中前后移动。 这使在处理过程中更具灵活性。 但是,还需检查该缓冲区中是否包含所有需要处理的数据,并且需要确保在将更多数据读入缓冲区时,不会覆盖尚未处理的缓冲区中的数据。

阻塞 IO vs 非阻塞 IO

标准 IO 的各种流都是阻塞的。 这意味着当线程调用 read() 或 write () 时,该线程将被阻塞,直到一些数据被读取或者完全写入,在此期间,线程无法执行任何其他操作。

NIO 的非阻塞模式允许线程请求从通道读取数据,并且只获取当前可用的内容,如果当前没有数据可用,就什么都不读取。 线程可以继续做其他事情,而不是在数据可供读取之前保持阻塞状态。
非阻塞写入也是如此。 线程可以请求将某些数据写入通道,但在完全写入之前不会一直等待它,这样,线程可以在同一时间做继续其他事情。

线程在 IO 操作中没有因为阻塞花费等待时间,通常将等待数据准备的时间用在其他通道上执行 IO 操作。 也就是说,单个线程现在可以管理多个输入和输出通道。

Selector

选择器允许单个线程监视多个输入通道。可以使用选择器注册多个通道,然后使用单个线程“选择”具有可用于处理的输入的通道,或选择准备写入的通道。 这种选择器机制使单个线程可以轻松管理多个通道。

NIO 和 IO 如何影响应用程序设计

无论选择 NIO 还是 IO ,可能都会影响应用程序设计的以下方面:

对 NIO 或 IO 类的API调用方式

数据的处理

用于处理数据的线程数

API 调用方式

当然,使用 NIO 时的 API 调用看起来与使用 IO 时不同。因为必须首先将数据从通道读入缓冲区,然后在缓冲区进行处理,而不是仅仅从 InputStream 读取数据字节。

数据的处理

使用纯 NIO 设计是,对比 IO 设计,数据处理也会受到影响。
在 IO 设计中,从 InputStream 或 Reader 中读取字节的数据字节。 想象一下,正在处理基于行的文本数据流。 例如:

Name: czwbig Age: 21

这组文本行可以像这样处理:

InputStream input = ... ; BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(input)); String nameLine = reader.readLine(); String ageLine = reader.readLine();

注意处理状态是如何根据程序执行的程度确定的。 换句话说,一旦第一个 reader.readLine() 方法返回,就确定已经读取了整行文本,因为 readLine() 阻塞直到读取完整行,还知道此行包含“Name”。 同样,当第二个 readLine() 调用返回时,可以知道此行包含“Age”等。

所以,只有当有新数据要读取时,程序才会进行,并且对于每个步骤,都知道该读取的数据是什么。 一旦执行的线程已经读取过代码中的某个数据片段,该线程就不会再向后读取旧数据(通常不会)。 下图也说明了此原则:

image

同上需求,NIO 实现看起来会有所不同。这里有一个简化的例子:

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(64); int bytesRead = inChannel.read(buffer);

注意第二行从通道读取字节到 ByteBuffer 。 当该方法调用返回时,我们是不知道所需的所有数据是否都已在缓冲区内的,只知道缓冲区包含一些字节。 这使得处理数据变得困难。

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