io和nio的区别

偏执的太偏执、 2021-09-27 18:44 540阅读 0赞

### 背景 ###

传统的socket IO中，需要为每个连接创建一个线程，当并发的连接数量非常巨大时，线程所占用的栈内存和CPU线程切换的开销将非常巨大。使用NIO，不再需要为每个线程创建单独的线程，可以用一个含有限数量线程的线程池，甚至一个线程来为任意数量的连接服务。由于线程数量小于连接数量，所以每个线程进行IO操作时就不能阻塞，如果阻塞的话，有些连接就得不到处理，NIO提供了这种非阻塞的能力。 小量的线程如何同时为大量连接服务呢，答案就是就绪选择。这就好比到餐厅吃饭，每来一桌客人，都有一个服务员专门为你服务，从你到餐厅到结帐走人，这样方式的好处是服务质量好，一对一的服务，VIP啊，可是缺点也很明显，成本高，如果餐厅生意好，同时来100桌客人，就需要100个服务员，那老板发工资的时候得心痛死了，这就是传统的一个连接一个线程的方式。 老板是什么人啊，精着呢。这老板就得捉摸怎么能用10个服务员同时为100桌客人服务呢，老板就发现，服务员在为客人服务的过程中并不是一直都忙着，客人点完菜，上完菜，吃着的这段时间，服务员就闲下来了，可是这个服务员还是被这桌客人占用着，不能为别的客人服务，用华为领导的话说，就是工作不饱满。那怎么把这段闲着的时间利用起来呢。这餐厅老板就想了一个办法，让一个服务员（前台）专门负责收集客人的需求，登记下来，比如有客人进来了、客人点菜了，客人要结帐了，都先记录下来按顺序排好。每个服务员到这里领一个需求，比如点菜，就拿着菜单帮客人点菜去了。点好菜以后，服务员马上回来，领取下一个需求，继续为别人客人服务去了。这种方式服务质量就不如一对一的服务了，当客人数据很多的时候可能需要等待。但好处也很明显，由于在客人正吃饭着的时候服务员不用闲着了，服务员这个时间内可以为其他客人服务了，原来10个服务员最多同时为10桌客人服务，现在可能为50桌，60客人服务了。 这种服务方式跟传统的区别有两个： 1、增加了一个角色，要有一个专门负责收集客人需求的人。NIO里对应的就是Selector。 2、由阻塞服务方式改为非阻塞服务了，客人吃着的时候服务员不用一直侯在客人旁边了。传统的IO操作，比如read()，当没有数据可读的时候，线程一直阻塞被占用，直到数据到来。NIO中没有数据可读时，read()会立即返回0，线程不会阻塞。 NIO中，客户端创建一个连接后，先要将连接注册到Selector，相当于客人进入餐厅后，告诉前台你要用餐，前台会告诉你你的桌号是几号，然后你就可能到那张桌子坐下了，SelectionKey就是桌号。当某一桌需要服务时，前台就记录哪一桌需要什么服务，比如1号桌要点菜，2号桌要结帐，服务员从前台取一条记录，根据记录提供服务，完了再来取下一条。这样服务的时间就被最有效的利用起来了。 内容来自 :http://blog.csdn.net/zhouhl\_cn/article/details/6568119

### **一、概念** ###

NIO即New IO，这个库是在JDK1.4中才引入的。NIO和IO有相同的作用和目的，但实现方式不同，NIO主要用到的是块，所以NIO的效率要比IO高很多。在Java API中提供了两套NIO，一套是针对标准输入输出NIO，另一套就是网络编程NIO。

### **二、NIO和IO的主要区别** ###

下表总结了Java IO和NIO之间的主要区别：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><strong>IO</strong></td> 
   <td><strong>NIO</strong></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>面向流</td> 
   <td>面向缓冲</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>阻塞IO</td> 
   <td>非阻塞IO</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>无</td> 
   <td>选择器</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### **1、面向流与面向缓冲** ###

Java IO和NIO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。 Java IO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。 Java NIO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。

### **2、阻塞与非阻塞IO** ###

Java IO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。Java NIO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）。

### **3、选择器（Selectors）** ###

Java NIO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。

### **4、NIO的三大特性：** ###

1、分散与聚集读取   
2、文件锁定功能   
3、网络异步IO  
   
1.分散与聚集读取  
  要了解分散与聚集的读取，我们首先应该先了解一下磁盘的I/O,那么磁盘的I/O是以一种什么方式输入输出的呢？  
         当进程请求 I/O 操作的时候，它执行一个系统调用，将控制权移交给内核。底层函数 open( )、read( )、write( )和 close( )要做的无非就是建立和执行适当的系统调用。当内核以这种方式被调用，它随即采取任何必要步骤，找到进程所需数据，并把数据传送到用户空间内的指定缓冲区。内核试图对数据进行高速缓存或预读取，因此进程所需数据可能已经在内核空间里了。如果是这样，该数据只需简单地拷贝出来即可。如果数据不在内核空间，则进程被挂起，内核着手把数据读进 内存。  
那么为什么不直接让磁盘控制器把数据送到用户空间的缓冲区呢？ 首先， 硬件通常不能直接访问用户空间。其次，像磁盘这样基于块存储的硬件设备操作的是固定大小的数据块，而用户进程请求的可能是任意大小的或非对齐的数据块。在数据往来于用户空间与存储设备的过程中，内核负责数据的分解、再组合工作，因此充当着中间人的角色。

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分散/聚集 I/O 是使用多个而不是单个缓冲区来保存数据的读写方法。  
一个分散的读取就像一个常规通道读取，只不过它是将数据读到一个缓冲区数组中而不是读到单个缓冲区中。同样地，一个聚集写入是向缓冲区数组而不是向单个缓冲区写入数据。  进程只需一个系统调用，就能把一连串缓冲区地址传递给操作系统。然后，内核就可以顺序填充或排干多个缓冲区，读的时候就把数据发散到多个用户空间缓冲区，写的时候再从多个缓冲区把数据汇聚起来  
![0_1331531415lvpp.gif][]

如何实现：通道可以有选择地实现两个新的接口： ScatteringByteChannel 和 GatheringByteChannel。  
一个 ScatteringByteChannel 是一个具有两个附加读方法的通道：  
long read( ByteBuffer\[\] dsts );long read( ByteBuffer\[\] dsts, int offset, int length );  
一个 GatheringByteChannel是一个具有两个附加写方法的通道：  
long write( ByteBuffer\[\] srcs );long write( ByteBuffer\[\] srcs, int offset, int length );  
   
2.文件锁定功能  
   
3.网络异步IO  
同步（synchronous） IO和异步（asynchronous） IO，阻塞（blocking） IO和非阻塞（non-blocking）IO  
•阻塞（线程被挂起）IO:  
      socket 的阻塞模式意味着必须要做完IO 操作（包括错误）才会返回。

•非阻塞（线程不会被挂起）IO:  
      非阻塞模式下无论操作是否完成都会立刻返回，需要通过其他方式来判断具体操作是否成功。

•同步IO：  
     IO操作将导致请求进程阻塞，直到IO操作完成。  
•异步IO：  
    IO操作不导致请求进程阻塞  
•两者的区别就在于synchronous IO做”IO operation”(真实的IO操作)的时候会将process阻塞。  
•阻塞和非阻塞就是进程的两种状态。  
•同步和异步是只跟IO操作过程中进程的状态变化有关  
•同步=/=阻塞，异步= /=非阻塞  
•IO模型（5种之多）：阻塞IO，非阻塞IO，IO复用，信号驱动IO，异步IO  
•以linux 网络IO的read举例，介绍这些IO模型，其中整个过程涉及到两个系统对象，一个是调用这个IO的process (or thread)，另一个就是系统内核(kernel)。当一个read操作发生时，经历两个阶段：  
   1 等待数据准备   
   2 将数据从内核拷贝到进程中  
•同步IO，需要用户进程主动将存放在内核缓冲区中的数据拷贝到用户进程中。  
•异步IO，内核会自动将数据从内核缓冲区拷贝到用户缓冲区，然后再通知用户。

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