Java IO与 NIO的区别
我们先看一张图
首先说一下核心区别:
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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
buffer.flip()
方法,clear()
char[] buf = new char[1024]
不足1024字节的部分给强制刷新出去的意思)补充:
mark()
时,它将记录当前 position 的前一个位置,当我们调用 reset 时,position 将恢复 mark 记录下来的值推荐阅读: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:
- 首先是先创建ServerSocketChannel 对象,和真正处理业务的线程池
- 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
- 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
- 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
- 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。
- 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
- 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:
- 创建 NIO 线程组 EventLoopGroup 和 ServerBootstrap
- 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
- 绑定端口,启动服务器程序。
- 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:
- 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。
- 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。
- 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。
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作者:涛哥
链接:https://ltbk.net/write/article/1017.html
文章版权归作者所有,未经允许请勿转载。
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