Java IO与 NIO的区别

我们先看一张图

首先说一下核心区别：

1. NIO是以块的方式处理数据，但是IO是以最基础的字节流的形式去写入和读出的。所以在效率上的话，肯定是NIO效率比IO效率会高出很多。
2. NIO不在是和IO一样用OutputStream和InputStream 输入流的形式来进行处理数据的，但是又是基于这种流的形式，而是采用了通道和缓冲区的形式来进行处理数据的。
3. 还有一点就是NIO的通道是可以双向的，但是IO中的流只能是单向的。
4. 还有就是NIO的缓冲区（其实也就是一个字节数组）还可以进行分片，可以建立只读缓冲区、直接缓冲区和间接缓冲区，只读缓冲区很明显就是字面意思，直接缓冲区是为加快 I/O 速度，而以一种特殊的方式分配其内存的缓冲区。
5. 补充一点：NIO比传统的BIO核心区别就是，NIO采用的是多路复用的IO模型，普通的IO用的是阻塞的IO模型，两个之间的效率肯定是多路复用效率更高

先了解一下什么是通道，什么是缓冲区的概念

通道是个什么意思？

缓冲区是什么意思：

• Buffer 是一个对象， 它包含一些要写入或者刚读出的数据。在 NIO 中加入 Buffer 对象，体现了新库与原 I/O 的一个重要区别。在面向流的 I/O 中，您将数据直接写入或者将数据直接读到 Stream 对象中
• 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，它是写入到缓冲区中的。任何时候访问 NIO 中的数据，您都是将它放到缓冲区中。
• 缓冲区实质上是一个数组。通常它是一个字节数组，但是也可以使用其他种类的数组。但是一个缓冲区不 仅仅 是一个数组。缓冲区提供了对数据的结构化访问，而且还可以跟踪系统的读/写进程

缓冲区的类型：

ByteBuffer
CharBuffer
ShortBuffer
IntBuffer
LongBuffer
FloatBuffer
DoubleBuffer

NIO的底层工作原理

先来了解一下buffer的工作机制：

• capacity 缓冲区数组的总长度
• position 下一个要操作的数据元素的位置
• limit 缓冲区数组中不可操作的下一个元素的位置，limit<=capacity
• mark 用于记录当前 position 的前一个位置或者默认是 0

补充：

推荐阅读：详解 Java 中 4 种 I/O 模型

NIO 工作代码示例

public void selector() throws IOException {  
//先给缓冲区申请内存空间  
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);  
     //打开Selector为了它可以轮询每个 Channel 的状态  
        Selector selector = Selector.open();  
        ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();  
        ssc.configureBlocking(false);//设置为非阻塞方式  
        ssc.socket().bind(new InetSocketAddress(8080));  
        ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);//注册监听的事件  
        while (true) {  
            Set selectedKeys = selector.selectedKeys();//取得所有key集合  
            Iterator it = selectedKeys.iterator();  
            while (it.hasNext()) {  
                SelectionKey key = (SelectionKey) it.next();  
                if ((key.readyOps() & SelectionKey.OP_ACCEPT) == SelectionKey.OP_ACCEPT) {  
                    ServerSocketChannel ssChannel = (ServerSocketChannel) key.channel();  
                 SocketChannel sc = ssChannel.accept();//接受到服务端的请求  
                    sc.configureBlocking(false);  
                    sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);  
                    it.remove();  
                } else if   
                ((key.readyOps() & SelectionKey.OP_READ) == SelectionKey.OP_READ) {  
                    SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel();  
                    while (true) {  
                        buffer.clear();  
                        int n = sc.read(buffer);//读取数据  
                        if (n <= 0) {  
                            break;  
                        }  
                        buffer.flip();  
                    }  
                    it.remove();  
                }  
            }  
        }  
}  

最后给大家看一下整体的NIO的示意图

NIO和Netty的工作模型对比？

1）NIO的工作流程步骤：

1. 首先是先创建ServerSocketChannel 对象，和真正处理业务的线程池
2. 然后给刚刚创建的ServerSocketChannel 对象进行绑定一个对应的端口，然后设置为非阻塞
3. 然后创建Selector对象并打开，然后把这Selector对象注册到ServerSocketChannel 中，并设置好监听的事件，监听 SelectionKey.OP_ACCEPT
4. 接着就是Selector对象进行死循环监听每一个Channel通道的事件，循环执行 Selector.select() 方法，轮询就绪的 Channel
5. 从Selector中获取所有的SelectorKey（这个就可以看成是不同的事件），如果SelectorKey是处于 OP_ACCEPT 状态，说明是新的客户端接入，调用 ServerSocketChannel.accept 接收新的客户端。
6. 然后对这个把这个接受的新客户端的Channel通道注册到ServerSocketChannel上，并且把之前的OP_ACCEPT 状态改为SelectionKey.OP_READ读取事件状态，并且设置为非阻塞的，然后把当前的这个SelectorKey给移除掉，说明这个事件完成了
7. 如果第5步的时候过来的事件不是OP_ACCEPT 状态，那就是OP_READ读取数据的事件状态，然后调用本文章的上面的那个读取数据的机制就可以了

2）Netty的工作流程步骤：

1. 创建 NIO 线程组 EventLoopGroup 和 ServerBootstrap
2. 设置 ServerBootstrap 的属性：线程组、SO_BACKLOG 选项，设置 NioServerSocketChannel 为 Channel，设置业务处理 Handler
3. 绑定端口，启动服务器程序。
4. 在业务处理 TimeServerHandler 中，读取客户端发送的数据，并给出响应

3）两者之间的区别：

1. OP_ACCEPT 的处理被简化，因为对于 accept 操作的处理在不同业务上都是一致的。
2. 在 NIO 中需要自己构建 ByteBuffer 从 Channel 中读取数据，而 Netty 中数据是直接读取完成存放在 ByteBuf 中的。相当于省略了用户进程从内核中复制数据的过程。
3. 在 Netty 中，我们看到有使用一个解码器 FixedLengthFrameDecoder，可以用于处理定长消息的问题，能够解决 TCP 粘包读半包问题，十分方便。