在JDK1.4推出JavaNIO之前,基于Java的所有Socket通信都采用了同步阻塞模式(BIO),这种一请求一应答的通信模型简化了上层的应用开发,但是在性能和可靠性方面却存在着巨大的瓶颈。因此,在很长一段时间里,大型的应用服务器都采用C或者C++语言开发,因为它们可以直接使用操作系统提供的异步I/O或者AIO能力。当并发访问量增大、响应时间延迟增大之后,采用JavaBIO开发的服务端软件只有通过硬件的不断扩容来满足高并发和低时延,它极大地增加了企业的成本,并且随着集群规模的不断膨胀,系统的可维护性也面临巨大的挑战,只能通过采购性能更高的硬件服务器来解决问题,这会导致恶性循环。
正是由于Java传统BIO的拙劣表现,才使得Java支持非阻塞I/O 的呼声日渐高涨,最终,JDK1.4 版本提供了新的NIO类库,Java终于也可以支持非阻塞I/0了。
Java的I/O发展简史
从JDK1.0到JDK1.3,Java 的 I/O类库都非常原始,很多UNIX网络编程中的概念或者接口在I/O类库中都没有体现,例如Pipe、Channel、Buffer 和Selector等。2002 年发布JDK1.4时,NIO以JSR-51的身份正式随JDK发布。它新增了个java.nio包,提供了很多进行异步I/O开发的API和类库,主要的类和接口如下。
- 进行异步I/O操作的缓冲区ByteBuffer等;
- 进行异步I/O操作的管道Pipe;
- 进行各种I/O操作(异步或者同步)的Channel, 包括
ServerSocketChannel和SocketChannel; - 多种字符集的编码能力和解码能力;
- 实现非阻塞I/O操作的多路复用器selector;
- 基于流行的Perl实现的正则表达式类库;
- 文件通道FileChannel;
新的NIO类库的提供,极大地促进了基于Java的异步非阻塞编程的发展和应用,但是,它依然有不完善的地方,特别是对文件系统的处理能力仍显不足,主要问题如下。
- 提供能够批量获取文件属性的API,这些API具有平台无关性,不与特性的文件系统相耦合。另外它还提供了标准文件系统的SPI, 供各个服务提供商扩展实现;
- 提供AIO功能,支持基于文件的异步I/O操作和针对网络套接字的异步操作;
- 完成JSR-51定义的通道功能,包括对配置和多播数据报的支持等。