java_IO流之 NIO
### NIO 定义
即新IO,在JDK1.4的java.nio.*包中引入,其目的在于提高速度。
在Java1.4之前的I/O系统中,提供的都是面向流的I/O系统,系统一次一个字节地处理数据,一个输入流产生一个字节的数据,一个输出流消费一个字节的数据,面向流的I/O速度非常慢,而在Java 1.4中推出了NIO,这是一个面向块的I/O系统,系统以块的方式处理处理,每一个操作在一步中产生或者消费一个数据库,按块处理要比按字节处理数据快的多。
速度的提高来自于所使用的结构更接近于操作系统执行IO的方式:通道和缓冲期。我们可以把它想象成一个煤矿,通道是一个包含煤层(数据)的矿藏,而缓冲器则是派送到矿藏的卡车。卡车满载煤炭而归,我们再从卡车上获得煤炭。也就说,我们并没有直接好通道交互,我们只和缓冲区交互。
缓冲区(Buffer)
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。,在NIO库中,所有数据都是用缓冲区处理的。在读取数据时,它是直接读到缓冲区中的; 在写入数据时,它也是写入到缓冲区中的;任何时候访问 NIO 中的数据,都是将它放到缓冲区中。而在面向流I/O系统中,所有数据都是直接写入或者直接将数据读取到Stream对象中。
在NIO中,所有的缓冲区类型都继承于抽象类Buffer,最常用的就是ByteBuffer,对于Java中的基本类型,基本都有一个具体Buffer类型与之相对应,它们之间的继承关系如下图所示:
Buffer基本用法
使用Buffer读写数据一般遵循以下四个步骤:
- 写入数据到Buffer
- 调用flip()方法
- 从Buffer中读取数据
- 调用clear()方法或者compact()方法
当向buffer写入数据时,buffer会记录下写了多少数据。一旦要读取数据,需要通过flip()方法将Buffer从写模式切换到读模式。在读模式下,可以读取之前写入到buffer的所有数据。
一旦读完了所有的数据,就需要清空缓冲区,让它可以再次被写入。有两种方式能清空缓冲区:调用clear()或compact()方法。clear()方法会清空整个缓冲区。compact()方法只会清除已经读过的数据。任何未读的数据都被移到缓冲区的起始处,新写入的数据将放到缓冲区未读数据的后面。
通道(Channel)
通道是一个对象,通过它可以读取和写入数据,当然了所有数据都通过Buffer对象来处理。我们永远不会将字节直接写入通道中,相反是将数据写入包含一个或者多个字节的缓冲区。同样不会直接从通道中读取字节,而是将数据从通道读入缓冲区,再从缓冲区获取这个字节。
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。但流的读写通常是单向的。
- 通道可以异步读写
- 通道中数据总要先读到Buffer,或者从一个Buffer写入
这个图看着好混乱,那我们讲几个比较重要的通道:
- 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: 监听新进来的TCP连接,像Web服务器那样。对每一个新进来的连接都会创建一个SocketChannel。
Channel基本用法
- 获取Channel
- 创建Buffer
- 将数据从Channel读取到Buffer
为了说明,下面举个读文件的例子。
public static void main(String[] args) {
try {
FileInputStream fin = new FileInputStream("test.txt");
// get channel
FileChannel fc = fin.getChannel();
// buffer
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
//read data to buffer
fc.read(buffer);
buffer.flip();
while(buffer.remaining()>0){
byte b = buffer.get();
System.out.print((char)b);
}
fin.close();
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
阻塞IO(常规IO) VS 非阻塞IO(NIO)
- Java IO的各种流是阻塞的。这意味着,当一个线程调用read() 或 write()时,该线程被阻塞,直到有一些数据被读取,或数据完全写入。该线程在此期间不能再干任何事情了。
- Java NIO的非阻塞模式,使一个线程从某通道发送请求读取数据,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。 线程通常将非阻塞IO的空闲时间用于在其它通道上执行IO操作,所以一个单独的线程现在可以管理多个输入和输出通道(channel)。
所以这就引入一个概念,选择器
选择器(Selectors)
Selector允许单线程处理多个 Channel。如果你的应用打开了多个连接(通道),但每个连接的流量都很低,使用Selector就会很方便。
你可以注册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:这些通道里已经有可以处理的输入,或者选择已准备写入的通道。这种选择机制,使得一个单独的线程很容易来管理多个通道。
使用
要使用Selector,得向Selector注册Channel,然后调用它的select()方法。这个方法会一直阻塞到某个注册的通道有事件就绪。一旦这个方法返回,线程就可以处理这些事件,事件的例子有如新连接进来,数据接收等。
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