JavaNIO(NewIO)是从Java1.4版本开始引入的一个新的IOAPI,可以替代标准的JavaIOAPI。本系列教程将有助于你学习和理解JavaNIO。JavaNIO提供了与标准IO不同的IO工作方式:
ChannelsandBuffers(通道和缓冲区):标准的IO基于字节流和字符流进行操作的,而NIO是基于通道(Channel)和缓冲区(Buffer)进行操作,数据总是从通道读取到缓冲区中,或者从缓冲区写入到通道中。
AsynchronousIO(异步IO):JavaNIO可以让你异步的使用IO,例如:当线程从通道读取数据到缓冲区时,线程还是可以进行其他事情。当数据被写入到缓冲区时,线程可以继续处理它。从缓冲区写入通道也类似。
Selectors(选择器):JavaNIO引入了选择器的概念,选择器用于监听多个通道的事件(比如:连接打开,数据到达)。因此,单个的线程可以监听多个数据通道。
下面就来详细介绍JavaNIO的相关知识。
JavaNIO由以下几个核心部分组成:
Channels
Buffers
Selectors
虽然JavaNIO中除此之外还有很多类和组件,但在我看来,Channel,Buffer和Selector构成了核心的API。其它组件,如Pipe和FileLock,只不过是与三个核心组件共同使用的工具类。因此,在概述中我将集中在这三个组件上。其它组件会在单独的章节中讲到。Channel和Buffer基本上,所有的IO在NIO中都从一个Channel开始。Channel有点象流。数据可以从Channel读到Buffer中,也可以从Buffer写到Channel中。这里有个图示:
Channel和Buffer有好几种类型。下面是JAVANIO中的一些主要Channel的实现:
FileChannel
DatagramChannel
SocketChannel
ServerSocketChannel
正如你所看到的,这些通道涵盖了UDP和TCP网络IO,以及文件IO。与这些类一起的有一些有趣的接口,但为简单起见,我尽量在概述中不提到它们。本教程其它章节与它们相关的地方我会进行解释。以下是JavaNIO里关键的Buffer实现:
ByteBuffer
CharBuffer
DoubleBuffer
FloatBuffer
IntBuffer
LongBuffer
ShortBuffer
这些Buffer覆盖了你能通过IO发送的基本数据类型:byte,short,int,long,float,double和char。JavaNIO还有个Mappedyteuffer,用于表示内存映射文件,我也不打算在概述中说明。SelectorSelector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。例如,在一个聊天服务器中。这是在一个单线程中使用一个Selector处理3个Channel的图示:
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。
JavaNIOvs.IO当学习了JavaNIO和IO的API后,一个问题马上涌入脑海:
引用
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JavaNIO和IO的差异、它们的使用场景,以及它们如何影响您的代码设计。
JavaNIO和IO的主要区别下表总结了JavaNIO和IO之间的主要差别,我会更详细地描述表中每部分的差异。
IONIOStreamorientedBufferorientedBlockingIONonblockingIOSelectors面向流与面向缓冲JavaNIO和IO之间第一个最大的区别是,IO是面向流的,NIO是面向缓冲区的。JavaIO面向流意味着每次从流中读一个或多个字节,直至读取所有字节,它们没有被缓存在任何地方。此外,它不能前后移动流中的数据。如果需要前后移动从流中读取的数据,需要先将它缓存到一个缓冲区。JavaNIO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,需要时可在缓冲区中前后移动。这就增加了处理过程中的灵活性。但是,还需要检查是否该缓冲区中包含所有您需要处理的数据。而且,需确保当更多的数据读入缓冲区时,不要覆盖缓冲区里尚未处理的数据。阻塞与非阻塞IOJavaIO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。JavaNIO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)。选择器(Selectors)JavaNIO的选择器允许一个单独的线程来监视多个输入通道,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。NIO和IO如何影响应用程序的设计无论您选择IO或NIO工具箱,可能会影响您应用程序设计的以下几个方面:
对NIO或IO类的API调用。
数据处理。
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,因为并不是仅从一个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。假设你正在处理一基于行的文本数据流,例如:
代码
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