Java NIO与IO的区别以及比较

二、IO的传统方式

以网络应用为例，传统方式需要监听一个ServerSocket，接受请求的连接为其提供服务（服务通常包括了处理请求并发送响应）图一是服务器的生命周期图，其中标有粗黑线条的部分表明会发生I/O阻塞。

图一

可以分析创建服务器的每个具体步骤。首先创建ServerSocket
ServerSocket server=new ServerSocket（10000）；
然后接受新的连接请求
Socket newCnotallow=server.accept（）；
对于accept方法的调用将造成阻塞，直到ServerSocket接受到一个连接请求为止。一旦连接请求被接受，服务器可以读客户socket中的请求。

InputStream in = newConnection.getInputStream(); 
InputStreamReader reader = new InputStreamReader(in); 
BufferedReader buffer = new BufferedReader(reader); 
Request request = new Request(); 
while(!request.isComplete()) { 
String line = buffer.readLine(); 
 
request.addLine(line);  }

这样的操作有两个问题，首先BufferedReader类的readLine（）方法在其缓冲区未满时会造成线程阻塞，只有一定数据填满了缓冲区或者客户关闭了套接字，方法才会返回。其次，它回产生大量的垃圾，BufferedReader创建了缓冲区来从客户套接字读入数据，但是同样创建了一些字符串存储这些数据。虽然BufferedReader内部提供了StringBuffer处理这一问题，但是所有的String很快变成了垃圾需要回收。

同样的问题在发送响应代码中也存在：

 Response response = request.generateResponse(); 
 OutputStream out = newConnection.getOutputStream(); 
 InputStream in = response.getInputStream()； 
 int ch； 
 while(-1 != (ch = in.read())) { 
 out.write(ch); 
 } 
 newConnection.close();

类似的，读写操作被阻塞而且向流中一次写入一个字符会造成效率低下，所以应该使用缓冲区，但是一旦使用缓冲，流又会产生更多的垃圾。

传统的解决方法：

通常在Java中处理阻塞I/O要用到线程（大量的线程）。一般是实现一个线程池用来处理请求，如图二

图二

线程使得服务器可以处理多个连接，但是它们也同样引发了许多问题。每个线程拥有自己的栈空间并且占用一些CPU时间，耗费很大，而且很多时间是浪费在阻塞的I/O操作上，没有有效的利用CPU。

三、NIO的详细介绍

1．**** Buffer传统的I/O不断的浪费对象资源（通常是String）。新I/O通过使用Buffer读写数据避免了资源浪费。Buffer对象是线性的，有序的数据集合，它根据其类别只包含唯一的数据类型。
java.nio.Buffer 类描述
java.nio.ByteBuffer 包含字节类型。 可以从ReadableByteChannel中读在 WritableByteChannel中写
java.nio.MappedByteBuffer 包含字节类型，直接在内存某一区域映射
java.nio.CharBuffer 包含字符类型，不能写入通道
java.nio.DoubleBuffer 包含double类型，不能写入通道
java.nio.FloatBuffer 包含float类型
java.nio.IntBuffer 包含int类型
java.nio.LongBuffer 包含long类型
java.nio.ShortBuffer 包含short类型
可以通过调用allocate(int capacity)方法或者allocateDirect(int capacity)方法分配一个Buffer。特别的，你可以创建MappedBytesBuffer通过调用FileChannel.map(int mode,long position,int size)。直接（direct）buffer在内存中分配一段连续的块并使用本地访问方法读写数据。非直接(nondirect)buffer通过使用Java中的数组访问代码读写数据。有时候必须使用非直接缓冲例如使用任何的wrap方法（如ByteBuffer.wrap(byte[])）在Java数组基础上创建buffer。

2． 字符编码向ByteBuffer中存放数据涉及到两个问题：字节的顺序和字符转换。ByteBuffer内部通过ByteOrder类处理了字节顺序问题，但是并没有处理字符转换。事实上，ByteBuffer没有提供方法读写String。
Java.nio.charset.Charset处理了字符转换问题。它通过构造CharsetEncoder和CharsetDecoder将字符序列转换成字节和逆转换。

3． 通道****(Channel)你可能注意到现有的java.io类中没有一个能够读写Buffer类型，所以NIO中提供了Channel类来读写Buffer。通道可以认为是一种连接，可以是到特定设备，程序或者是网络的连接。通道的类等级结构图如下

图三

图中ReadableByteChannel和WritableByteChannel分别用于读写。
GatheringByteChannel可以从使用一次将多个Buffer中的数据写入通道，相反的，ScatteringByteChannel则可以一次将数据从通道读入多个Buffer中。你还可以设置通道使其为阻塞或非阻塞I/O操作服务。
为了使通道能够同传统I/O类相容，Channel类提供了静态方法创建Stream或Reader

4．**** Selector在过去的阻塞I/O中，我们一般知道什么时候可以向stream中读或写，因为方法调用直到stream准备好时返回。但是使用非阻塞通道，我们需要一些方法来知道什么时候通道准备好了。在NIO包中，设计Selector就是为了这个目的。SelectableChannel可以注册特定的事件，而不是在事件发生时通知应用，通道跟踪事件。然后，当应用调用Selector上的任意一个selection方法时，它查看注册了的通道看是否有任何感兴趣的事件发生。

图四是selector和两个已注册的通道的例子：

图四

并不是所有的通道都支持所有的操作。SelectionKey类定义了所有可能的操作位，将要用两次。首先，当应用调用SelectableChannel.register(Selector sel,int op)方法注册通道时，它将所需操作作为第二个参数传递到方法中。然后，一旦SelectionKey被选中了，SelectionKey的readyOps()方法返回所有通道支持操作的数位的和。SelectableChannel的validOps方法返回每个通道允许的操作。注册通道不支持的操作将引发IllegalArgumentException异常。下表列出了SelectableChannel子类所支持的操作。

 ServerSocketChannel OP_ACCEPT 
 SocketChannel OP_CONNECT, OP_READ, OP_WRITE 
 DatagramChannel OP_READ, OP_WRITE 
 Pipe.SourceChannel OP_READ 
 Pipe.SinkChannel OP_WRITE

四. 举例说明

1． 简单网页内容下载这个例子非常简单，类SocketChannelReader使用SocketChannel来下载特定网页的HTML内容。
package examples.nio;

package com.yineng.mycat; import java.nio.ByteBuffer; import java.nio.channels.SocketChannel; import java.nio.charset.Charset; import java.net.InetSocketAddress; import java.io.IOException; /** * @author kzfy
* @data 2015/12/21 */
public class SocketChannelReader{ private Charset charset=Charset.forName("UTF-8");//创建UTF-8字符集

private SocketChannel channel; public void getHTMLContent(){ try{
connect();
sendRequest();
readResponse();
}catch(IOException e){
System.err.println(e.toString());
}finally{ if(channel!=null){ try{
channel.close();
}catch(IOException e){}
}
}
} private void connect()throws IOException{//连接到CSDN InetSocketAddress socketAddress= new InetSocketAddress("http://www.csdn.net",80);
channel=SocketChannel.open(socketAddress); //使用工厂方法open创建一个channel并将它连接到指定地址上 //相当与SocketChannel.open().connect(socketAddress);调用 } private void sendRequest()throws IOException{
channel.write(charset.encode("GET /document\r\n\r\n"));//发送GET请求到CSDN的文档中心 //使用channel.write方法，它需要CharByte类型的参数，使用 //Charset.encode(String)方法转换字符串。
} private void readResponse()throws IOException{//读取应答
ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(1024);//创建1024字节的缓冲
while(channel.read(buffer)!=-1){
buffer.flip();//flip方法在读缓冲区字节操作之前调用。
System.out.println(charset.decode(buffer)); //使用Charset.decode方法将字节转换为字符串
buffer.clear();//清空缓冲
}
} public static void main(String [] args){ new SocketChannelReader().getHTMLContent();
}
}

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