作为一个程序开发人员,不可避免的要与io打交道,通常我们也都会在简历栏目上写上熟悉or了解io,那么你是否真的了解io与nio的区别呢?【划重点:面试官常问点】
首先,在详细描述io与nio的区别之前我们要先意识到
所有的系统I/O都分为两个阶段:等待就绪和操作。并且等待就绪的阻塞是不使用CPU的,是在“空等”;
而真正的读写操作的阻塞是使用CPU的,真正在"干活",也意味着会消耗cpu资源。
为了让大家有个更加直观的感受,这里先抛出基于io和基于nio实现的例子。
io实现
package test;import java.io.IOException;import java.io.InputStream;import java.net.ServerSocket;import java.net.Socket;public class IOServer { public static void main(String[] args) throws Exception { init(); } private static void init() throws IOException { ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8000); new Thread(() -> { while (true) { // 阻塞点,获取新的连接 Socket socket = null; try { socket = serverSocket.accept(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } // 创建线程点,给每一个新的连接都创建一个线程 Socket finalSocket = socket; new Thread(() -> { int len; byte[] data = new byte[1024]; InputStream inputStream = null; try { inputStream = finalSocket.getInputStream(); // 面向流,按字节流方式读取数据 while ((len = inputStream.read(data)) != -1) { System.out.println(new String(data, 0, len)); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } }).start(); } }).start(); }}
可以从上面的例子看出Server 端首先创建了一个serverSocket来监听 8000 端口,然后创建一个线程,线程里面死循环不断调用阻塞方法 serversocket.accept();获取新的客户端连接,当获取到新的连接之后,给每条连接创建一个新的线程,这个线程负责从该连接中读取数据然后读取数据是以字节流的方式。
这里的弊端是极其明显的,如
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线程资源受限:上面每个客户端都会构建一个线程去做读取操作,而线程是操作系统中非常宝贵的资源,同一时刻有大量的线程处于阻塞状态是非常严重的资源浪费,操作系统耗不起。
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线程切换效率低下:线程爆炸之后带来的副作用便是操作系统频繁进行线程切换,应用性能急剧下降。
nio实现
package test;import java.io.IOException;import java.net.InetSocketAddress;import java.nio.ByteBuffer;import java.nio.channels.SelectionKey;import java.nio.channels.Selector;import java.nio.channels.ServerSocketChannel;import java.nio.channels.SocketChannel;import java.nio.charset.Charset;import java.util.Iterator;import java.util.Set;public class NIOServer { public static void main(String[] args) throws IOException { init(); } private static void init() throws IOException { // 构建Selector Selector serverSelector = Selector.open(); Selector clientSelector = Selector.open(); // 开启一个线程处理客户端的连接 new Thread(() -> { try { // 此处对应IO编程中服务端启动 ServerSocketChannel listenerChannel = ServerSocketChannel.open(); listenerChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8000)); listenerChannel.configureBlocking(false); listenerChannel.register(serverSelector, SelectionKey.OP_ACCEPT); while (true) { // 使用Selector来监测是否有新的连接,这里的1指的是阻塞的时间为 1ms if (serverSelector.select(1) > 0) { Set<SelectionKey> set = serverSelector.selectedKeys(); Iterator<SelectionKey> keyIterator = set.iterator(); while (keyIterator.hasNext()) { SelectionKey key = keyIterator.next(); if (key.isAcceptable()) { try { // 同io不同的地方,每来一个新连接,没有再创建一个线程,而是直接注册到clientSelector SocketChannel clientChannel = ((ServerSocketChannel) key.channel()).accept(); clientChannel.configureBlocking(false); clientChannel.register(clientSelector, SelectionKey.OP_READ); } finally { keyIterator.remove(); } } } } } } catch (IOException ignored) { } }).start(); // 开启一个线程处理多个客户端线程的数据读取 new Thread(() -> { try { while (true) { // 轮询是否有哪些连接有数据可读,这里的1指的是阻塞的时间为 1ms if (clientSelector.select(1) > 0) { Set<SelectionKey> set = clientSelector.selectedKeys(); Iterator<SelectionKey> keyIterator = set.iterator(); while (keyIterator.hasNext()) { SelectionKey key = keyIterator.next(); if (key.isReadable()) { try { SocketChannel clientChannel = (SocketChannel) key.channel(); ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024); // 同io不同的地方,面向 Buffer clientChannel.read(byteBuffer); byteBuffer.flip(); System.out.println(Charset.defaultCharset().newDecoder().decode(byteBuffer) .toString()); } finally { keyIterator.remove(); key.interestOps(SelectionKey.OP_READ); } } } } } } catch (IOException ignored) { } }).start(); }}
可以通过上面代码看出,
NIO 实现给出了两个线程,每个线程都绑定一个轮询器 selector ,如serverSelector负责轮询是否有新的连接,而 clientSelector负责轮询判断客户端的连接是否有数据可读,和io实现的区别点有:
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在服务端监测到新的连接之后,不会很sb的创建一个新的线程,而是直接将新连接绑定到
clientSelector上,这样就不会消耗那么多线程资源了。 -
clientSelector则会进行判断如果在某一时刻有多条连接有数据可读,那么通过clientSelector.select(1)方法可以轮询出来,进而处理客户端数据。 -
数据的读写面向 Buffer。
因此我们可以得出结论:io是面向流的阻塞io,而nio是面向缓冲区的非阻塞io
所谓的阻塞io和非阻塞io:
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阻塞io意味着当线程调用read()或write()时,该线程将会被阻塞,直到有一些数据要读取,或者数据被完全写入。而在此期间,被阻塞的线程将无法执行任何其他操作。
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非阻塞io指的是允许线程请求从通道读取数据,如果通道没有数据可以读取的时候,线程可以继续使用其他内容,而不是在数据可供读取之前保持阻塞状态。
所谓的面向流和面向缓冲区:
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面向流的Java IO意味着可以从流中一次读取一个或多个字节,它们不会缓存在任何地方。此外,我们无法在流中的数据中前后移动。如果需要在从流中读取的数据中进行前后移动,则需要先将其缓存在缓冲区中。
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面向缓冲区的Java-NIO则是将数据读入缓冲区。我们可以根据需要在缓冲区中进行前后移动。这可以让我们在处理过程中更具灵活性。但是,我们还需要检查缓冲区是否包含完整处理所需的所有数据。当然了,还需要确保在将更多数据读入缓冲区时,不会出现bug,比如覆盖了尚未处理的缓冲区中的数据。