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Java NIO与IO

时间:2014-08-31 21:26:01      阅读:285      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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当学习了Java NIO和IO的API后,一个问题立即涌入脑海:

我应该何时使用IO,何时使用NIO呢?在本文中,我会尽量清晰地解析Java NIO和IO的差异、它们的使用场景,以及它们怎样影响您的代码设计。

Java NIO和IO的主要差别

下表总结了Java NIO和IO之间的主要区别,我会更具体地描写叙述表中每部分的差异。

IO                NIO
面向流            面向缓冲
堵塞IO            非堵塞IO
无                选择器

面向流与面向缓冲

Java NIO和IO之间第一个最大的差别是,IO是面向流的,NIO是面向缓冲区的。 Java IO面向流意味着每次从流中读一个或多个字节,直至读取全部字节,它们没有被缓存在不论什么地方。此外,它不能前后移动流中的数据。假设须要前后移动从流中读取的数据,须要先将它缓存到一个缓冲区。 Java NIO的缓冲导向方法略有不同。数据读取到一个它稍后处理的缓冲区,须要时可在缓冲区中前后移动。这就添加了处理过程中的灵活性。可是,还须要检查是否该缓冲区中包括全部您须要处理的数据。并且,需确保当很多其它的数据读入缓冲区时,不要覆盖缓冲区里尚未处理的数据。

堵塞与非堵塞IO

Java IO的各种流是堵塞的。这意味着,当一个线程调用read() 或 write()时,该线程被堵塞,直到有一些数据被读取,或数据全然写入。该线程在此期间不能再干不论什么事情了。 Java NIO的非堵塞模式,使一个线程从某通道发送请求读取数据,可是它仅能得到眼下可用的数据,假设眼下没有数据可用时,就什么都不会获取。而不是保持线程堵塞,所以直至数据变的能够读取之前,该线程能够继续做其他的事情。 非堵塞写也是如此。一个线程请求写入一些数据到某通道,但不须要等待它全然写入,这个线程同一时候能够去做别的事情。 线程通常将非堵塞IO的空暇时间用于在其他通道上运行IO操作,所以一个单独的线程如今能够管理多个输入和输出通道(channel)。

选择器(Selectors

Java NIO的选择器同意一个单独的线程来监视多个输入通道,你能够注冊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:这些通道里已经有能够处理的输入,或者选择已准备写入的通道。这样的选择机制,使得一个单独的线程非常easy来管理多个通道。

NIO和IO怎样影响应用程序的设计

不管您选择IO或NIO工具箱,可能会影响您应用程序设计的下面几个方面:

  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。

API调用

当然,使用NIO的API调用时看起来与使用IO时有所不同,但这并不意外,由于并非仅从一个InputStream逐字节读取,而是数据必须先读入缓冲区再处理。

数据处理

使用纯粹的NIO设计相较IO设计,数据处理也受到影响。

在IO设计中,我们从InputStream或 Reader逐字节读取数据。如果你正在处理一基于行的文本数据流,比如:

Name: Anna
Age: 25
Email: anna@mailserver.com
Phone: 1234567890

该文本行的流能够这样处理:
InputStream input = … ; // get the InputStream from the client socket

1 BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(input));
2  
3 String nameLine   = reader.readLine();
4 String ageLine    = reader.readLine();
5 String emailLine  = reader.readLine();
6 String phoneLine  = reader.readLine();

请注意处理状态由程序执行多久决定。换句话说,一旦reader.readLine()方法返回,你就知道肯定文本行就已读完, readline()堵塞直到整行读完,这就是原因。你也知道此行包括名称;相同,第二个readline()调用返回的时候,你知道这行包括年龄等。 正如你能够看到,该处理程序仅在有新数据读入时执行,并知道每步的数据是什么。一旦正在执行的线程已处理过读入的某些数据,该线程不会再回退数据(大多如此)。下图也说明了这条原则:bubuko.com,布布扣Java IO: 从一个堵塞的流中读数据) 而一个NIO的实现会有所不同,以下是一个简单的样例:

1 ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);
2  
3 int bytesRead = inChannel.read(buffer);

注意第二行,从通道读取字节到ByteBuffer。当这种方法调用返回时,你不知道你所需的全部数据是否在缓冲区内。你所知道的是,该缓冲区包括一些字节,这使得处理有点困难。
如果第一次 read(buffer)调用后,读入缓冲区的数据仅仅有半行,比如,“Name:An”,你能处理数据吗?显然不能,须要等待,直到整行数据读入缓存,在此之前,对数据的不论什么处理毫无意义。

所以,你怎么知道是否该缓冲区包括足够的数据能够处理呢?好了,你不知道。发现的方法仅仅能查看缓冲区中的数据。其结果是,在你知道全部数据都在缓冲区里之前,你必须检查几次缓冲区的数据。这不仅效率低下,并且能够使程序设计方案杂乱不堪。比如:

1 ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);
2  
3 int bytesRead = inChannel.read(buffer);
4  
5 while(! bufferFull(bytesRead) ) {
6  
7 bytesRead = inChannel.read(buffer);
8  
9 }

bufferFull()方法必须跟踪有多少数据读入缓冲区,并返回真或假,这取决于缓冲区是否已满。换句话说,假设缓冲区准备好被处理,那么表示缓冲区满了。

bufferFull()方法扫描缓冲区,但必须保持在bufferFull()方法被调用之前状态同样。假设没有,下一个读入缓冲区的数据可能无法读到正确的位置。这是不可能的,但却是须要注意的又一问题。

假设缓冲区已满,它能够被处理。假设它不满,而且在你的实际案例中有意义,你也许能处理当中的部分数据。可是很多情况下并不是如此。下图展示了“缓冲区数据循环就绪”:

bubuko.com,布布扣

Java NIO:从一个通道里读数据,直到全部的数据都读到缓冲区里.

3) 用来处理数据的线程数

NIO可让您仅仅使用一个(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堵塞流中读取数据更复杂。

假设须要管理同一时候打开的成千上万个连接,这些连接每次仅仅是发送少量的数据,比如聊天server,实现NIO的server可能是一个优势。相同,假设你须要维持很多打开的连接到其它计算机上,如P2P网络中,使用一个单独的线程来管理你全部出站连接,可能是一个优势。一个线程多个连接的设计方案例如以下图所看到的:

bubuko.com,布布扣

Java NIO: 单线程管理多个连接

假设你有少量的连接使用很高的带宽,一次发送大量的数据,或许典型的IOserver实现可能很契合。下图说明了一个典型的IOserver设计:

bubuko.com,布布扣

Java IO: 一个典型的IOserver设计- 一个连接通过一个线

Java NIO与IO

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原文地址:http://www.cnblogs.com/mengfanrong/p/3948175.html

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