【Java】Java NIO

NIO

为什么要使用 NIO?

NIO 的创建目的是为了让 Java 程序员可以实现高速 I/O 而无需编写自定义的本机代码。NIO 将最耗时的 I/O 操作(即填充和提取缓冲区)转移回操作系统，因而可以极大地提高速度。

流与块的比较

原来的 I/O 库(在 java.io.*中) 与 NIO 最重要的区别是数据打包和传输的方式。正如前面提到的，原来的 I/O 以流的方式处理数据，而 NIO 以块的方式处理数据。
面向流 的 I/O 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。为流式数据创建过滤器非常容易。链接几个过滤器，以便每个过滤器只负责单个复杂处理机制的一部分，这样也是相对简单的。不利的一面是，面向流的 I/O 通常相当慢。
一个 面向块 的 I/O 系统以块的形式处理数据。每一个操作都在一步中产生或者消费一个数据块。按块处理数据比按(流式的)字节处理数据要快得多。但是面向块的 I/O 缺少一些面向流的 I/O 所具有的优雅性和简单性。

NIO的buffer机制

NIO性能的优势就来源于缓冲的机制，不管是读或者写都需要以块的形式写入到缓冲区中。NIO实际上让我们对IO的操作更接近于操作系统的实际过程。
所有的系统I/O都分为两个阶段：等待就绪和操作。举例来说，读函数，分为等待系统可读和真正的读；同理，写函数分为等待网卡可以写和真正的写。
以socket为例：
先从应用层获取数据到内核的缓冲区，然后再从内核的缓冲区复制到进程的缓冲区。所以实际上底层的机制也是不断利用缓冲区来读写数据的。即使传统IO抽象成了从流直接读取数据，但本质上也依然是利用缓冲区来读取和写入数据。
所以，为了更好的理解nio，我们就需要知道IO的底层机制，这样对我们将来理解channel和buffer就打下了基础。这里简单提一下，我们可以把bufffer就理解为内核缓冲区，所以不论读写，自然都要经过这个区域，读的话，先从设备读取数据到内核，再读到进程缓冲区，写的话，先从进程缓冲区写到内核，再从内核写回设备。

NIO的非阻塞机制

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）。

下图是几种常见I/O模型的对比：

以socket.read()为例子：

传统的BIO里面socket.read()，如果TCP RecvBuffer里没有数据，函数会一直阻塞，直到收到数据，返回读到的数据。

对于NIO，如果TCP RecvBuffer有数据，就把数据从网卡读到内存，并且返回给用户；反之则直接返回0，永远不会阻塞。所以我们可以NIO实现同时监听多个IO通道，然后不断的轮询寻找可以读写的设备。

NIO的IO模型可以理解为是IO多路复用模型和非阻塞模型，同时还有事件驱动模型。
这里需要知道一点，就是IO多路复用是一定需要实现非阻塞的。

小结

NIO相对于IO流的优势：

• 非阻塞
• buffer机制
• 流替代块

参考：

• https://tech.meituan.com/nio.html
• http://www.importnew.com/19816.html
• https://www.ibm.com/developerworks/cn/education/java/j-nio/j-nio.html