什么時候使用NIO？

Taste 發布于2019-08-19 10:42 / 619人閱讀

摘要：一前言學習了和之后，肯定會問我們到底什么時候該使用，什么時候該使用在下文中我會嘗試用例子闡述和的區別，以及它們對你的設計會有什么影響。

一、前言

學習了Java IO 和 NIO之后，肯定會問：我們到底什么時候該使用 IO，什么時候該使用 NIO?
在下文中我會嘗試用例子闡述java NIO 和IO的區別，以及它們對你的設計會有什么影響。

二、NIO和IO的主要區別

IO	NIO
面向流（Stream）	面向緩沖（Buffer）
阻塞IO	非阻塞IO
無	選擇器（Selectors）

2.1 面向流與面向緩沖

Java NIO 和 IO 之間第一個最大的區別是，IO是面向流的，NIO是面向緩沖區的。

Java IO 面向流意味著每次從流中讀一個或多個字節，直至讀取所有字節，只能順序讀取所有數據。如果想要跳過一些字節或者想要讀取已經讀取過的數據，則必須將從流中的數據線緩存起來。

Java NIO的處理方式不一樣。數據一開始就被讀寫到緩沖區（Buffer），根據需要你可以控制讀取什么位置的數據。這就增加了處理過程中的靈活性。然而，你需要額外做的工作是檢查你需要的數據是否已經全部到了Buffer中，你還需要保證當有更多的數據進入Buffer中時，Buffer中未處理的數據不會被覆蓋

2.2 阻塞與非阻塞IO

Java IO的各種流是阻塞的。這意味著，當一個線程調用read() 或 write()時，該線程被阻塞，直到有一些數據被讀取，或數據完全寫入。該線程在此期間不能再干任何事情了。

Java NIO的非阻塞模式，使一個線程從某通道發送請求讀取數據，但是它僅能得到目前可用的數據，如果目前沒有數據可用時，就什么都不會獲取。而不是保持線程阻塞，所以直至數據變的可以讀取之前，該線程可以繼續做其他的事情。非阻塞寫也是如此。一個線程請求寫入一些數據到某通道，但不需要等待它完全寫入，這個線程同時可以去做別的事情。線程通常將非阻塞IO的空閑時間用于在其它通道上執行IO操作，所以一個多帶帶的線程現在可以管理多個輸入和輸出通道（channel）。

2.3 Selectors

Java NIO 的 Selectors 允許一條線程去監控多個 channels 的輸入，你可以向一個 selector 上注冊多個channel，然后調用 selector 的 select() 方法判斷是否有新的連接進來或者已經在 selector 上注冊時channel 是否有數據進入。selector 的機制讓一個線程管理多個 channel變得簡單。

三、NIO和IO對應用的設計有何影響

選擇使用NIO還是IO做你的IO工具對應用主要有以下幾個方面的影響
1、使用IO和NIO的API是不同的（廢話）
2、處理數據的方式
3、處理數據所用到的線程數

3.1 API調用

當然，使用NIO的API調用時看起來與使用IO時有所不同，但這并不意外，因為并不是僅從一個InputStream逐字節讀取，而是數據必須先讀入緩沖區再處理。

3.2 處理數據的方式

在IO的設計里，要一個字節一個字節從InputStream 或者Reader中讀取數據，想象你正在處理一個向下面的基于行分割的流

Name:Anna  
Age: 25  
Email: anna@mailserver.com  
Phone:1234567890

處理文本行的流的代碼應該向下面這樣

InputStream input = ... ; // get the InputStream from the client socket  
  
BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(input));  
  
String nameLine   = reader.readLine();  
String ageLine    = reader.readLine();  
String emailLine  = reader.readLine();  
String phoneLine  = reader.readLine();

注意，一旦reader.readLine()方法返回，你就可以確定整行已經被讀取，readLine()阻塞知道一整行都被讀取

NIO的實現會有一些不同，下面是一個簡單的例子

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);  
  
int bytesRead = inChannel.read(buffer);

注意第二行從channel中讀取數據到ByteBuffer，當這個方法返回你不知道是否你需要的所有數據都被讀到buffer了，你所知道的一切就是有一些數據被讀到了buffer中，但是你并不知道具體有多少數據，這使程序的處理變得稍微有些困難

想象一下，調用了read(buffer)方法后，只有半行數據被讀進了buffer，例如：“Name: An”，你能現在就處理數據嗎？當然不能。你需要等待直到至少一整行數據被讀到buffer中，在這之前確保程序不要處理buffer中的數據

你如何知道buffer中是否有足夠的數據可以被處理呢？你不知道，唯一的方法就是檢查buffer中的數據。可能你會進行幾次無效的檢查（檢查了幾次數據都不夠進行處理），這會令程序設計變得比較混亂復雜

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);  
  
int bytesRead = inChannel.read(buffer);  
  
while(! bufferFull(bytesRead) ) {  
    bytesRead = inChannel.read(buffer);  
}

bufferFull()方法必須跟蹤有多少數據讀入緩沖區，并返回真或假，這取決于緩沖區是否已滿。換句話說，如果緩沖區準備好被處理，那么表示緩沖區滿了。

bufferFull()方法掃描緩沖區，但必須保持在bufferFull（）方法被調用之前狀態相同。如果沒有，下一個讀入緩沖區的數據可能無法讀到正確的位置。這是不可能的，但卻是需要注意的又一問題。

如果緩沖區已滿，它可以被處理。如果它不滿，并且在你的實際案例中有意義，你或許能處理其中的部分數據。但是許多情況下并非如此。下圖展示了“緩沖區數據循環就緒”：

3.3 用來處理數據的線程數

NIO可讓您只使用一個（或幾個）單線程管理多個通道（網絡連接或文件），但付出的代價是解析數據可能會比從一個阻塞流中讀取數據更復雜。

如果需要管理同時打開的成千上萬個連接，這些連接每次只是發送少量的數據，例如聊天服務器，實現NIO的服務器可能是一個優勢。同樣，如果你需要維持許多打開的連接到其他計算機上，如P2P網絡中，使用一個多帶帶的線程來管理你所有出站連接，可能是一個優勢。一個線程多個連接的設計方案如下圖所示：

如果你只有少量的連接但是每個連接都占有很高的帶寬，同時發送很多數據，傳統的IO會更適合。下圖說明了一個典型的IO服務器設計：

Java IO: 一個典型的IO服務器設計- 一個連接通過一個線程處理.

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