Java 中 NIO 和IO 的区别

在Java 中，IO（input/output）和 NIO(new Input/output) 是两种不同的输入输出处理机制。它们各自有不同的设计理念和使用场景，理解这两者的区别对于优化性能、提高应用的响应速度非常重要。

一、IO（传统输入输出）

IO是java最早的输入输出方式，通过流（Stream）来读写数据。主要包括字节流和字符流。通过阻塞式的操作来实现数据的读写。

1、特点
阻塞式（Blocking）:每次调用读写操作时，线程会被阻塞，直到数据完全读取或写入。也就是说，io操作会让线程一直等待，知道数据准备好。

同步：每个线程只能处理一个连接，不能同时处理多个客户端请求。需要多个线程来同时处理多个IO操作。

易于使用：传统IO库简单直观适合小型应用或数据量较小的场景。

数据流模型：基于流模型，数据按顺序从源流传输到目标流。

2、主要类

inputStream 和 outputStream字节流
reader 和 writer:字符流

3、示例：

java 复制代码

// 读取文件内容
FileInputStream fis = new FileInputStream("file.txt");
int data;
while ((data = fis.read()) != -1) {
    System.out.print((char) data);
}
fis.close();

二、NIO（new input/output）

NIO 是 Java 在 JDK 1.4 中引入的新的 IO 库，相较于传统 IO，它提供了非阻塞式的 I/O 操作。NIO 使用通道（Channel）和缓冲区（Buffer）来进行数据的读写。

1、特点：

非阻塞式（Non-blocking）：NIO 通过Selector（选择器）和Channel（通道)来支持非阻塞I/O操作。允许线程在等待数据时做其他事情，一个线程可以处理多个通道上的I/O操作。

异步：非阻塞I/O操作使得程序能够在等待I/O操作完成的同时，继续执行其他任务，从而提高了系统性能。

支持大文件和高并发：NIO更适合处理大量数据和高并发请求。

NIO 是 Java 在 JDK 1.4 中引入的新的 IO 库，相较于传统 IO，它提供了非阻塞式的 I/O 操作。NIO 使用通道（Channel）和缓冲区（Buffer）来进行数据的读写。

基于事件驱动：NIO 通过 Selector 机制（监听多个通道上的事件），可以让一个线程管理多个 I/O 操作。

2、主要类：

Channel（通道）：可以用来读写数据，常见的通道类有 FileChannel、SocketChannel、DatagramChannel 等。
Buffer（缓冲区）：数据的读写都发生在缓冲区中，通过 ByteBuffer、CharBuffer 等类来管理数据。
Selector（选择器）：通过选择器，一个线程可以管理多个通道的 I/O 操作。

3、 示例：

java 复制代码

// 使用 NIO 读取文件内容
Path path = Paths.get("file.txt");
Charset charset = Charset.forName("UTF-8");
try (BufferedReader reader = Files.newBufferedReader(path, charset)) {
    String line;
    while ((line = reader.readLine()) != null) {
        System.out.println(line);
    }
}

三、IO 和 NIO 的区别

特点	IO	NIO
阻塞/非阻塞	阻塞式，读写时会阻塞当前线程	非阻塞式，线程可以在等待 I/O 时继续做其他工作
模型	基于流（Stream）的模型	基于通道（Channel）和缓冲区（Buffer）模型
适用场景	适用于少量数据或简单应用	适用于大规模数据、高并发、长时间连接等场景
多线程支持	每个线程处理一个 I/O 操作，需要多个线程处理多个请求	一个线程可以处理多个通道上的 I/O 操作
数据读取方式	按顺序读取，通过流逐字节或逐行处理数据	数据通过缓冲区（Buffer）批量读取和写入
使用难度	简单易用，学习曲线较低	相对复杂，学习曲线较高，需要理解缓冲区、选择器等概念
性能	在高并发场景下性能较低	高性能，尤其适用于高并发、大文件处理等场景

四、NIO 中通道和选择器的概念

一、通道（Channel）

通道是 NIO 中用于数据传输的主要组件。它类似于传统 I/O 中的流，但在设计上更为灵活和高效。通道是双向的，即可以同时进行读取和写入操作。

1️⃣ 通道的概念

通道（Channel）代表了连接 I/O 操作的媒介。你可以通过通道来执行读取和写入操作，通道本身并不直接存储数据，而是通过缓冲区（Buffer）来与数据交互。

2️⃣ 通道的主要类型

NIO 中的通道有多种类型，常见的有：

FileChannel：用于文件 I/O 操作，提供文件的读取和写入功能。
- 示例：用于读取文件中的字节或将数据写入文件。
SocketChannel：用于网络 I/O 操作，通过 TCP 协议与远程计算机进行通信。
- 示例：用于客户端与服务器之间的数据传输。
DatagramChannel：用于通过 UDP 协议进行网络 I/O 操作。
- 示例：用于实时性要求较高的通信，像 DNS 查询、VoIP（语音通信）等。
ServerSocketChannel：用于服务器端监听并接受客户端连接请求。
- 示例：用来实现一个基于 NIO 的服务器。

3️⃣ 通道的基本操作

通道的基本操作包括读和写，但是通道本身并不直接处理数据，它通过缓冲区（Buffer）来执行数据的存储和传输。

读取数据：read() 方法会把数据从通道中读取到缓冲区。
写入数据：write() 方法会把缓冲区中的数据写入到通道中。

java 复制代码

// 示例：使用 FileChannel 读取文件
FileChannel channel = new FileInputStream("file.txt").getChannel();
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
int bytesRead = channel.read(buffer);  // 读取文件内容到缓冲区

4️⃣ 通道与流的区别

流（Stream）：一次只能操作一个方向的数据传输（只能读取或写入）。
通道（Channel）：可以双向操作数据（既能读也能写）。

二、选择器（Selector）

选择器是 NIO 中用于实现多路复用（Multiplexing）的核心组件。它允许一个线程同时管理多个通道（Channel），并能够处理多个 I/O 操作，而不需要为每个通道创建独立的线程。

1️⃣ 选择器的概念

选择器（Selector）是一个多路复用器，用于检查多个通道的状态。通过选择器，线程可以监控多个通道上的事件（如是否可读、可写、连接已完成等），当事件发生时，线程才会处理这些通道上的操作。

2️⃣ 选择器的工作流程

注册通道：将通道注册到选择器，并指定感兴趣的事件（如 OP_READ、OP_WRITE、OP_CONNECT 等）。

轮询事件：选择器不断轮询各个注册的通道，检查它们的状态，若某个通道准备好进行 I/O 操作（如数据可以读取或写入），就会将该通道加入到已选择的通道列表中。

处理 I/O 操作：当事件发生时，线程可以对该通道执行相应的 I/O 操作。

3️⃣ 选择器的核心方法

open()：创建一个新的选择器。

select()：阻塞并等待通道事件的发生，返回就绪的通道数。

selectedKeys()：返回一个包含已就绪通道的集合，可以通过它来遍历就绪的通道并进行操作。

java 复制代码

// 示例：使用 Selector 监听通道事件
Selector selector = Selector.open();
ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();
serverChannel.configureBlocking(false);  // 设置为非阻塞模式
serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

while (true) {
    selector.select();  // 阻塞直到有事件发生
    Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
    for (SelectionKey key : selectedKeys) {
        if (key.isAcceptable()) {
            // 处理连接请求
        } else if (key.isReadable()) {
            // 处理读取事件
        }
        selectedKeys.remove(key);
    }
}

4️⃣ 选择器的事件类型

OP_READ：通道可读，数据可以从通道读取。

OP_WRITE：通道可写，数据可以写入通道。

OP_CONNECT：连接已经建立。