Java 中的 IO 和 NIO

最新推荐文章于 2025-04-30 08:39:22 发布

chen_179

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分类专栏： Java基础文章标签： java nio

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_44181671/article/details/108988448

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本文详细对比了Java中传统IO（BIO）与新型IO（NIO）的区别，包括面向字节流与面向缓冲区的工作方式，以及阻塞与非阻塞的特点。通过具体的例子解释了两者在处理大量并发连接时的不同表现。

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Java IO

IO 面向字节流，是阻塞的。

Java IO 中读取数据和写入数据都是面向流（Stream），即当从流中读取、写入数据的同时也将数据写入流，流的含义在于没有缓存。如果需要获取某个数据的前一项或后一项数据，就必须主动地去缓存数据，无法直接从流中获取（面向流意味着当前只拥有一个数据流的切面），即只能顺序地从流中读取数据。
Java IO 是阻塞的，当进行数据读写操作时，需调用的数据未准备好或当前不可写，读写操作就会阻塞直到数据准备完成或可写为止，即在这期间该线程无法做其他任何事情。
- 阻塞 IO 会使线程将大量的时间浪费在等待 IO 上。但如果在数据可用时（满足请求条件）可用立即获取并处理数据，非阻塞 IO 则必须通过重复的调用来获取全部数据。

Java IO 工作流程

由于Java IO的阻塞性质，当面对多个流的读写时需要使用多个线程来处理。
如在网络 IO 中，Server 端使用一个线程监听一个端口，一旦某个连接被 accept，创建新的线程来处理新建立的连接。

在这里插入图片描述
read/write 是阻塞的

NIO

NIO 面向缓冲区，基于 Selector 的非阻塞。

Java NIO 中数据的读写是面向缓冲区（Buffer），读取时可以将整块的数据读取到缓冲区中，在写入时可将整个缓冲区的数据一起写入。面向流的数据读写只提供了一个数据流切面，而面向缓冲区的 IO 则使我们可以看到数据的上下文，即可以便利地在缓冲区中获取某项数据的前一项或后一项数据。 需要更好地管理缓冲区。
- 不能让新的数据覆盖缓冲区未处理的有用数据
- 需要正确对缓冲区数据进行分块。分清已处理与未处理数据等
Java NIO 是非阻塞的，每一次数据读写调用都会立即返回，并将当前可读/可写的内容写入缓冲区，或从缓冲区中输出，即使当前没有可用数据，调用仍然会立即返回并且不对缓冲区做任何操作。
- 例如，当 A 向 B 索取 100 块钱，B 只有60块，对于Java IO 来说会一直等待直到 B 凑够100块，对于 Java NIO 来说，不管 B 此时是否有足够的钱，都要马上返回结果，即接收 B 当前拥有的 60 块，就算 B 没钱也要返回一个结果，绝不等待。
- Java NIO 使用 Selector 实现单线程管理多个 Channel(通道），通过 select 调用，可获取已经准备好的 Channel 并进行相应的处理。

Java NIO 工作流程

Java NIO 提供 Selector 实现单个线程管理多个 channel 的功能。
在这里插入图片描述
Selectors

Java NIO的selectors允许一条线程去监控多个channels的输入，你可以向一个selector上注册多个channel，然后调用selector的select()方法判断是否有新的连接进来或者已经在selector上注册时channel是否有数据进入。selector的机制让一个线程管理多个channel变得简单。

select 调用可能是阻塞，也可能是非阻塞。
但 read/write 是非阻塞的。

总结：

BIO：Block IO 同步阻塞式 IO，就是我们平常使用的传统 IO，它的特点是模式简单使用方便，并发处理能力低。

NIO：New IO 同步非阻塞 IO，是传统 IO 的升级，客户端和服务器端通过 Channel（通道）通讯，实现了多路复用。

AIO：Asynchronous IO 是 NIO 的升级，也叫 NIO2，实现了异步非堵塞 IO ，异步 IO 的操作基于事件和回调机制。

NIO允许你用一个单独的线程或几个线程管理很多个channels（网络的或者文件的），代价是程序的处理和处理IO相比更加复杂。
如果你需要同时管理成千上万的连接，但是每个连接只发送少量数据，例如一个聊天服务器，用NIO实现会更好一些，相似的，如果你需要保持很多个到其他电脑的连接，例如P2P网络，用一个单独的线程来管理所有出口连接是比较合适的。
如果你只有少量的连接但是每个连接都占有很高的带宽，同时发送很多数据，传统的IO会更适合

参考文章：https://blog.youkuaiyun.com/u010031673/article/details/51755075
https://blog.youkuaiyun.com/linjpg/article/details/80962453