摘要：的選擇器允許單個(gè)線程監(jiān)視多個(gè)輸入通道。一旦執(zhí)行的線程已經(jīng)超過(guò)讀取代碼中的某個(gè)數(shù)據(jù)片段，該線程就不會(huì)在數(shù)據(jù)中向后移動(dòng)通常不會(huì)。

很多初涉網(wǎng)絡(luò)編程的程序員，在研究Java NIO（即異步IO）和經(jīng)典IO（也就是常說(shuō)的阻塞式IO）的API時(shí)，很快就會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題：我什么時(shí)候應(yīng)該使用經(jīng)典IO，什么時(shí)候應(yīng)該使用NIO？

在本文中，將嘗試用簡(jiǎn)明扼要的文字，闡明Java NIO和經(jīng)典IO之間的差異、典型用例，以及這些差異如何影響我們的網(wǎng)絡(luò)編程或數(shù)據(jù)傳輸代碼的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的。

本文沒(méi)有復(fù)雜理論，也沒(méi)有像網(wǎng)上基它文章一樣千篇一律的復(fù)制粘貼，有的只是接地氣的通俗易懂，希望能給你帶來(lái)幫助。

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下表總結(jié)了Java NIO和IO之間的主要區(qū)別。我將在表格后面的部分中詳細(xì)介紹每個(gè)區(qū)別。

3.1 Stream Oriented vs. Buffer Oriented
Java NIO和IO之間的第一個(gè)重要區(qū)別是IO是面向流的，其中NIO是面向緩沖區(qū)的。那么，這意味著什么？

面向流的Java IO意味著您可以從流中一次讀取一個(gè)或多個(gè)字節(jié)。你對(duì)讀取的字節(jié)做什么取決于你。它們不會(huì)緩存在任何地方。此外，您無(wú)法在流中的數(shù)據(jù)中前后移動(dòng)。如果需要在從流中讀取的數(shù)據(jù)中前后移動(dòng)，則需要先將其緩存在緩沖區(qū)中。

Java NIO的面向緩沖區(qū)的方法略有不同。數(shù)據(jù)被讀入緩沖區(qū)，稍后處理該緩沖區(qū)。你可以根據(jù)需要在緩沖區(qū)中前后移動(dòng)。這使你在處理過(guò)程中具有更大的靈活性。但是，你還需要檢查緩沖區(qū)是否包含完整處理所需的所有數(shù)據(jù)。并且，你需要確保在將更多數(shù)據(jù)讀入緩沖區(qū)時(shí)，不要覆蓋尚未處理的緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)。

3.2 Blocking vs. Non-blocking IO
Java IO的各種流都是blocking的。這意味著，當(dāng)線程調(diào)用read（）或write（）時(shí)，該線程將被阻塞，直到有一些數(shù)據(jù)要讀取，或者數(shù)據(jù)被完全寫入，在此期間，該線程無(wú)法執(zhí)行任何其他操作。

Java NIO的非阻塞模式允許線程請(qǐng)求從通道讀取數(shù)據(jù)，并且只獲取當(dāng)前可用的內(nèi)容，或者根本沒(méi)有數(shù)據(jù)，如果當(dāng)前沒(méi)有數(shù)據(jù)可用。線程可以繼續(xù)使用其他內(nèi)容，而不是在數(shù)據(jù)可供讀取之前保持阻塞狀態(tài)。

非阻塞寫入也是如此，線程可以請(qǐng)求將某些數(shù)據(jù)寫入通道，但不要等待它完全寫入。然后線程可以繼續(xù)并在同一時(shí)間做其他事情。

線程在IO調(diào)用中沒(méi)有阻塞時(shí)花費(fèi)空閑時(shí)間，通常在此期間在其他通道上執(zhí)行IO。也就是說(shuō)，單個(gè)線程現(xiàn)在可以管理多個(gè)輸入和輸出通道。

Java NIO的選擇器允許單個(gè)線程監(jiān)視多個(gè)輸入通道。你可以使用選擇器注冊(cè)多個(gè)通道，然后使用單個(gè)線程“選擇”具有可用于處理的輸入的通道，或者選擇準(zhǔn)備寫入的通道。這種選擇器機(jī)制使單個(gè)線程可以輕松管理多個(gè)通道。

選擇NIO或IO作為IO工具包可能會(huì)影響應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的以下方面:

1）API調(diào)用NIO或IO類；

2）處理數(shù)據(jù)；

3）用于處理數(shù)據(jù)的線程數(shù)。

5.1 API調(diào)用
當(dāng)然，使用NIO時(shí)的API調(diào)用看起來(lái)與使用IO時(shí)不同。這并不奇怪。而不是僅僅從例如InputStream讀取字節(jié)的數(shù)據(jù)字節(jié)，必須首先將數(shù)據(jù)讀入緩沖區(qū)，然后從那里進(jìn)行處理。

5.2 數(shù)據(jù)處理
使用純NIO設(shè)計(jì)與IO設(shè)計(jì)時(shí)，數(shù)據(jù)處理也會(huì)受到影響。

在IO設(shè)計(jì)中，您從InputStream或Reader中讀取字節(jié)的數(shù)據(jù)字節(jié)。想象一下，您正在處理基于行的文本數(shù)據(jù)流。

例如：

Name: Anna

Age: 25

Email: [url=mailto:anna@mailserver.com]anna@mailserver.com[/url]

Phone: 1234567890

這個(gè)文本行流可以像這樣處理：

InputStream input = ... ; // get the InputStream from the client socket

BufferedReader reader = newBufferedReader(newInputStreamReader(input));


String nameLine   = reader.readLine();

String ageLine    = reader.readLine();

String emailLine  = reader.readLine();

String phoneLine  = reader.readLine();

注意處理狀態(tài)是如何，由程序執(zhí)行的程度決定的。換句話說(shuō)，一旦第一個(gè)reader.readLine（）方法返回，您就確定已經(jīng)讀取了整行文本。readLine（）會(huì)阻塞直到讀取整行，這就是原因。您還知道此行包含名稱。同樣，當(dāng)?shù)诙€(gè)readLine（）調(diào)用返回時(shí)，您知道此行包含年齡等。

正如您所看到的，只有當(dāng)有新數(shù)據(jù)要讀取時(shí)，程序才會(huì)進(jìn)行，并且對(duì)于每個(gè)步驟，您都知道該數(shù)據(jù)是什么。一旦執(zhí)行的線程已經(jīng)超過(guò)讀取代碼中的某個(gè)數(shù)據(jù)片段，該線程就不會(huì)在數(shù)據(jù)中向后移動(dòng)（通常不會(huì)）。

此圖中還說(shuō)明了此原則：

▲ Java IO：從阻塞流中讀取數(shù)據(jù)

NIO的實(shí)現(xiàn)看起來(lái)會(huì)有所不同，這是一個(gè)簡(jiǎn)化的例子：

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);

intbytesRead = inChannel.read(buffer);

注意第二行從通道讀取字節(jié)到ByteBuffer。當(dāng)該方法調(diào)用返回時(shí)，您不知道所需的所有數(shù)據(jù)是否都在緩沖區(qū)內(nèi)。你只知道緩沖區(qū)包含一些字節(jié)，這使得處理更加困難。

想象一下，在第一次讀?。ň彌_）調(diào)用之后，是否所有讀入緩沖區(qū)的內(nèi)容都是半行。例如，“姓名：An”。你能處理這些數(shù)據(jù)嗎？并不是的。在完成任何數(shù)據(jù)的處理之前，您需要等待至少一整行數(shù)據(jù)進(jìn)入緩沖區(qū)。

那么你怎么知道緩沖區(qū)是否包含足夠的數(shù)據(jù)來(lái)處理它？好吧，你沒(méi)有。找出的唯一方法是查看緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)。結(jié)果是，在您知道所有數(shù)據(jù)是否存在之前，您可能需要多次檢查緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)。這既低效又可能在程序設(shè)計(jì)方面變得混亂。

例如：

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);

intbytesRead = inChannel.read(buffer);

while(! bufferFull(bytesRead) ) {

bytesRead = inChannel.read(buffer);

}

bufferFull（）方法必須跟蹤讀入緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)量，并返回true或false，具體取決于緩沖區(qū)是否已滿。換句話說(shuō)，如果緩沖區(qū)已準(zhǔn)備好進(jìn)行處理，則認(rèn)為它已滿。

bufferFull（）方法掃描緩沖區(qū)，但必須使緩沖區(qū)保持與調(diào)用bufferFull（）方法之前相同的狀態(tài)。如果不是，則可能無(wú)法在正確的位置讀入讀入緩沖區(qū)的下一個(gè)數(shù)據(jù)。這不是不可能的，但這是另一個(gè)需要注意的問(wèn)題。

如果緩沖區(qū)已滿，則可以對(duì)其進(jìn)行處理。如果它不滿，您可能能夠部分處理那里的任何數(shù)據(jù)，如果這在您的特定情況下是有意義的。在許多情況下，它沒(méi)有。

這個(gè)圖中說(shuō)明了is-data-in-buffer-ready循環(huán)：

▲ Java NIO：從通道讀取數(shù)據(jù)，直到所有需要的數(shù)據(jù)都在緩沖區(qū)中

NIO允許您僅使用一個(gè)（或幾個(gè)）線程來(lái)管理多個(gè)通道（網(wǎng)絡(luò)連接或文件），但成本是解析數(shù)據(jù)可能比從阻塞流中讀取數(shù)據(jù)時(shí)更復(fù)雜。

如果您需要同時(shí)管理數(shù)千個(gè)打開的連接，每個(gè)只發(fā)送一些數(shù)據(jù)，例如聊天服務(wù)器，在NIO中實(shí)現(xiàn)服務(wù)器可能是一個(gè)優(yōu)勢(shì)。同樣，如果您需要與其他計(jì)算機(jī)保持大量開放連接，例如在P2P網(wǎng)絡(luò)中，使用單個(gè)線程來(lái)管理所有出站連接可能是一個(gè)優(yōu)勢(shì)。

此圖中說(shuō)明了這一個(gè)線程，多個(gè)連接設(shè)計(jì)：

▲ Java NIO：管理多個(gè)連接的單個(gè)線程

如果您擁有較少帶寬的連接，一次發(fā)送大量數(shù)據(jù)，那么可能最經(jīng)典的IO服務(wù)器實(shí)現(xiàn)可能是最合適的。

此圖說(shuō)明了經(jīng)典的IO服務(wù)器設(shè)計(jì)：

▲ Java IO：經(jīng)典的IO服務(wù)器設(shè)計(jì) - 由一個(gè)線程處理的一個(gè)連接

以眾所周之的數(shù)據(jù)讀取過(guò)程為例，我們來(lái)一個(gè)更簡(jiǎn)化的理解。

對(duì)于數(shù)據(jù)讀取，就讀取速度來(lái)說(shuō)：CPU > 內(nèi)存 > 硬盤。

I- 就是從硬盤到內(nèi)存

O- 就是從內(nèi)存到硬盤

第一種方式：從硬盤讀取數(shù)據(jù)，然后程序一直等，數(shù)據(jù)讀完后，繼續(xù)你的操作。這種方式是最簡(jiǎn)單的，叫阻塞IO（也就是經(jīng)典IO）。

第二種方式：從硬盤讀取數(shù)據(jù)，然后程序繼續(xù)向下執(zhí)行，等數(shù)據(jù)讀取完后，通知當(dāng)前程序讀取完成（對(duì)硬件來(lái)說(shuō)叫中斷，對(duì)程序來(lái)說(shuō)叫回調(diào)），然后此程序可以立即處理讀取的數(shù)據(jù)，也可以執(zhí)行完當(dāng)前操作后再對(duì)讀取完的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。

還是以數(shù)據(jù)讀取為例，操作系統(tǒng)是按塊Block（塊）從硬盤拿數(shù)據(jù)，就如同一個(gè)大臉盆，一下子就放入了一盆水。但是，當(dāng) Java 使用的時(shí)候，舊的 IO（經(jīng)典IO）確實(shí)基于 流 Stream的，也就是雖然操作系統(tǒng)給我了一臉盆水，但是我得用吸管慢慢喝。

由于經(jīng)典IO的重重落后理念，于是，NIO 橫空出世。。。

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