Netty指南之IO和NIO的介绍(一)

一、前言

在学习 Netty 框架之前，我们需要先理解 Java 的 IO 和 NIO 模型。这两种模型在网络编程中扮演着重要角色，而 Netty 则是基于 NIO 模型构建的高性能网络应用框架。本文将详细介绍 IO 和 NIO 的概念、特点以及它们之间的区别，为后续学习 Netty 打下坚实基础。

二、IO 和 NIO

下表总结了 Java IO 和 NIO 之间的主要区别：

IO 与 NIO 的对比

特性	IO	NIO
处理方式	阻塞	非阻塞
数据处理	面向流	面向缓冲
传输方式	单向	双向（通过 Channel）
并发处理	多线程	单线程可处理多连接
编程难度	简单	相对复杂
适用场景	连接数少，流程简单	高并发，大量连接

2.1. 阻塞与非阻塞

阻塞式操作：当一个线程调用 read() 或 write() 时，该线程被阻塞，直到有数据可读或数据完全写入。

非阻塞操作：线程可以发起 IO 请求后立即返回，做其他事情。
Java IO是属于阻塞式，NIO属于非阻塞式操作。阻塞式最大的缺点就是导致资源利用率不高。

2.2.面向流(Stream)和面向缓冲(Buffer)

面向流：IO 是面向流的，每次从流中读取一个或多个字节，直至读取所有字节。

面向缓冲：NIO 是面向缓冲区的，数据被读取到一个缓冲区中，便于处理。

下表总结了 面向流 和 面向缓冲的主要区别：

特性	面向流	面向缓冲
数据处理单位	字节流	缓冲区
数据读写方式	从流中顺序读取	从缓冲区中读取或写入
处理灵活性	只能顺序读写	可以随机访问缓冲区的任何位置
数据缓存	不直接缓存数据	数据缓存在缓冲区中
适用场景	简单的顺序读写	需要灵活处理的数据
读写操作	read()或write()方法	flip()、clear()等缓冲区操作
处理效率	相对较低	较高，特别是在大量数据处理时
内存使用	通常较少	可能较多，需要分配缓冲区
编程复杂度	相对简单	较复杂，需要管理缓冲区状态
数据转换	需要为不同数据类型创建不同的流	可以使用不同的缓冲区类型（如ByteBuffer、CharBuffer）

三、同步和异步

在这里提一嘴同步和异步。

同步：在同步操作中，发起调用的线程会等待操作完成后才继续执行。

异步：在异步操作中，发起调用的线程不会等待操作完成，而是继续执行其他任务。操作完成后通过回调、通知等机制来通知调用方。

在这里用我们熟悉的表格来总结一下IO同步异步的差别：

特性	同步阻塞 IO	同步非阻塞 IO	异步 IO
阻塞性	阻塞	非阻塞	非阻塞
CPU 利用	低	高（轮询消耗 CPU）	高
编程复杂度	简单	复杂	较复杂
适用场景	连接数少	高并发	高并发，长连接

四、小试牛刀

光练不说傻把式，又练又说真把式，那么接下来我们搭建一下来试试IO和NIO的差别，在实操的感受过程中，再想一下为什么有了NIO还有Netty的诞生呢？

IO初体验

4.1. 服务端代码

/**
 * @Author: Panjiangfeng
 * @CreateTime: 2024-10-11  23:23
 * @Description: IOClient
 * @Version: 1.0
 */
public class IOClient {
   
    public static void main(String[] args) {
   

        new Thread(() -> {
   

            try {
   
                Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8000);

                while (true) {
   
                    try {
   
                        // 发送消息到服务端
                        socket.getOutputStream().write((new Date() + ": hello world").getBytes());

                        // 休眠2秒
                        Thread.sleep(2000);

                    } catch (Exception e) {
   
                        e.printStackTrace(); // 打印异常
                    }
                }

            } catch (