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Java I/O(2):NIO中的Channel

2022-10-19 07:51:32 後端開發

您好,我是湘王,這是我的博客園,歡迎您來,歡迎您再來~

  

 

為了解決標準Java I/O令人難以忍受的效率問題,從JDK1.4開始,NIO出現了(Non-blocking I/O,官方稱之為New I/O),NIO不但新增加了許多全新的類,而且還對原來的很多類進行了改寫,之所以是NIO,是因為使用它的場景眾多,譬如開發中必不可少的Tomcat,以及大名鼎鼎的Netty,而Netty更是把NIO發揮到了極致,成為了RPC技術事實上的標準,所以它在JDK1.7中又升級為了AIO(NIO2),

NIO主要有三大核心部分:

  • Channel(通道)
  • Buffer(緩沖區)
  • Selector(選擇器/多路復用器)

傳統I/O基于位元組流或字符流進行操作,而NIO基于新的Channel和Buffer進行操作,這是它們的比較:

 

 

 

至于原理,不用記,可以這么來理解(我始終秉持的態度是:如果你在大廠是自研類RPC系統或類MQ中間件的,那這個一定要精通;否則理解就好,不必死磕):

可以看到,I/O就像個直腸子,直來直去,對資料流完全是來者不拒,來多少接多少,也不管能不能處理得了,這樣極容易造成執行緒阻塞,也就是電腦卡頓,

NIO就有點彎彎繞了,它告訴執行緒:“如果我忙不過來就別等我,你先忙你的”,所以,按照這個約定,如果執行緒發現它不搭理自己的時候就會去忙別的,不會造成資訊堵車,

Channel介面最重要的實作可以分為兩大類:用于本地檔案和用于網路的Channel,

  • FileChannel:用于本地檔案資料的讀寫
  • DatagramChannel:用于網路UDP資料的讀寫
  • SocketChannel:客戶端用于實作網路TCP資料的讀寫
  • ServerSocketChannel:服務端用于監聽網路TCP的連接請求,每個請求會創建會一個SocketChannel(即客戶端連接)

這是和Channel相關的繼承結構圖:

 

 

 

I/O本就枯燥,如果只是空洞說技術原理就更毫無價值,還是上代碼,NIO和IO比較一下,

創建一個普通的Java專案:

 

 

 

 

 

 

然后隨便在網上或者自己電腦上找一個大檔案,比如小電影之類的,寫這樣的代碼:

// 把file1中的內容寫到file2中去,看看耗時
// I/O讀寫
long start = System.currentTimeMillis();
try {
    FileInputStream fis = new FileInputStream("你電腦上已經存在的檔案路徑,例如C:\\file1");
    FileOutputStream fos = new FileOutputStream("你電腦上還不存在的檔案路徑,例如C:\\file2");
    BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(fis), 1024);
    String line = null;
    while ((line = bufferedReader.readLine()) != null) {
        fos.write(line.getBytes());
    }
    fis.close();
    fos.close();
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println(end - start);

 

 

然后再稍稍改進一下,看看byte[]相對于BufferedReader的不同:

// 把file1中的內容寫到file3中去,看看耗時
// I/O讀寫(改進)
start = System.currentTimeMillis();
try {
    FileInputStream fis = new FileInputStream("你電腦上已經存在的檔案路徑,例如C:\\file1");
    FileOutputStream fos = new FileOutputStream("你電腦上還不存在的檔案路徑,例如C:\\file3");
    byte[] b = new byte[1024];
    int len = 0;
    while ((len = fis.read(b)) != -1) {
        fos.write(b, 0, len);
    }
    fis.close();
    fos.close();
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}
end = System.currentTimeMillis();
System.out.println(end - start);

 

 

最后再用NIO試試看:

// 把file1中的內容寫到file4中去,看看耗時
// NIO讀寫
start = System.currentTimeMillis();
try {
    FileChannel fis = new FileInputStream("你電腦上已經存在的檔案路徑,例如C:\\file1").getChannel();
    FileChannel fos = new FileOutputStream("你電腦上還不存在的檔案路徑,例如C:\\file4").getChannel();
    ByteBuffer bytedata = ByteBuffer.allocate(1024);
    while (fis.read(bytedata) != -1) {
        // 讀寫交叉進行
        bytedata.flip();
        fos.write(bytedata);
        bytedata.clear();
    }
    fis.close();
    fos.close();
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}
end = System.currentTimeMillis();
System.out.println(end - start);

 

 

main()方法中分別執行這三個方法,看看耗時上有啥不同,盡量找很大的檔案,比如幾個G的那種,因為現在計算機的配置都比較高,檔案太小,一會就讀完了,根本看不出來差別,

另外,另外,在NIO中如果一個channel是FileChannel型別的,那么可以直接把FileChannel的資料傳輸到另一個Channel,就像這樣:

 

 

 

SocketChannel、ServerSocketChannel和DatagramChannel的使用也比較簡單,就不堆代碼了,

Channel還提供了一種被稱為Scatter/Gather(分散/聚集)的新功能(也稱為Vectored I/O,矢量I/O),它在多個Buffer上實作一個簡單的I/O操作,說人話就是:Scatter是把單個Channel的資料發給多個Buffer(分散),而Gather則是把多個Buffer的資料發給單個Channel(聚集),就像這樣:

 

 

同樣可以用代碼來演示一下:

// Scattering reads分散程序
ByteBuffer buffer1 = ByteBuffer.allocate(1024);
ByteBuffer buffer2 = ByteBuffer.allocate(1024);
ByteBuffer[] bufferArray1 = { buffer1, buffer2 };
FileChannel channel1 = new FileInputStream("/testfile1").getChannel();
channel1.read(bufferArray1);

// Gathering writes聚集程序
ByteBuffer buffer3 = ByteBuffer.allocate(1024);
ByteBuffer buffer4 = ByteBuffer.allocate(1024);
ByteBuffer[] bufferArray2 = { buffer1, buffer2 };
FileChannel channel2 = new FileInputStream("/testfile1").getChannel();
channel2.write(bufferArray2);

 

 

好了,NIO也屬于Java中比較重要的內容,說多了容易搞暈,慢慢來~

 


 

感謝您抽空品鑒!技術、產品、運營和管理問題,可隨時留言私信,歡迎騷擾~

 

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