Java中IO和NIO的區別

一、概念

??NIO即New IO，這個庫是在JDK1.4中才引入的，NIO和IO有相同的作用和目的，但實作方式不同，NIO主要用到的是塊，所以NIO的效率要比IO高很多，在Java API中提供了兩套NIO，一套是針對標準輸入輸出NIO，另一套就是網路編程NIO，

二、NIO和IO的主要區別

下表總結了Java IO和NIO之間的主要區別：

1、面向流與面向緩沖
?? Java IO和NIO之間第一個最大的區別是，IO是面向流的，NIO是面向緩沖區的， Java IO面向流意味著每次從流中讀一個或多個位元組，直至讀取所有位元組，它們沒有被快取在任何地方，此外，它不能前后移動流中的資料，如果需要前后移動從流中讀取的資料，需要先將它快取到一個緩沖區， Java NIO的緩沖導向方法略有不同，資料讀取到一個它稍后處理的緩沖區，需要時可在緩沖區中前后移動，這就增加了處理程序中的靈活性，但是，還需要檢查是否該緩沖區中包含所有您需要處理的資料，而且，需確保當更多的資料讀入緩沖區時，不要覆寫緩沖區里尚未處理的資料，

2、阻塞與非阻塞IO
?? Java IO的各種流是阻塞的，這意味著，當一個執行緒呼叫read() 或 write()時，該執行緒被阻塞，直到有一些資料被讀取，或資料完全寫入，該執行緒在此期間不能再干任何事情了，Java NIO的非阻塞模式，使一個執行緒從某通道發送請求讀取資料，但是它僅能得到目前可用的資料，如果目前沒有資料可用時，就什么都不會獲取，而不是保持執行緒阻塞，所以直至資料變的可以讀取之前，該執行緒可以繼續做其他的事情， 非阻塞寫也是如此，一個執行緒請求寫入一些資料到某通道，但不需要等待它完全寫入，這個執行緒同時可以去做別的事情， 執行緒通常將非阻塞IO的空閑時間用于在其它通道上執行IO操作，所以一個單獨的執行緒現在可以管理多個輸入和輸出通道（channel），

3、選擇器（Selectors）
?? Java NIO的選擇器允許一個單獨的執行緒來監視多個輸入通道，你可以注冊多個通道使用一個選擇器，然后使用一個單獨的執行緒來“選擇”通道：這些通道里已經有可以處理的輸入，或者選擇已準備寫入的通道，這種選擇機制，使得一個單獨的執行緒很容易來管理多個通道，

三、NIO和IO如何影回應用程式的設計

無論您選擇IO或NIO工具箱，可能會影響您應用程式設計的以下幾個方面：

1.對NIO或IO類的API呼叫，
2.資料處理，
3.用來處理資料的執行緒數，

1、API呼叫

當然，使用NIO的API呼叫時看起來與使用IO時有所不同，但這并不意外，因為并不是僅從一個InputStream逐位元組讀取，而是資料必須先讀入緩沖區再處理，

2、資料處理

使用純粹的NIO設計相較IO設計，資料處理也受到影響，

在IO設計中，我們從InputStream或 Reader逐位元組讀取資料，假設你正在處理一基于行的文本資料流，例如：

Name: Anna 
Age: 25
Email: anna@mailserver.com 
Phone: 1234567890 

該文本行的流可以這樣處理：

InputStream input = ... ; // get the InputStream from the client socket   

BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(input));   

String nameLine   = reader.readLine(); 
String ageLine    = reader.readLine(); 
String emailLine  = reader.readLine(); 
String phoneLine  = reader.readLine(); 

?? 請注意處理狀態由程式執行多久決定，換句話說，一旦reader.readLine()方法回傳，你就知道肯定文本行就已讀完， readline()阻塞直到整行讀完，這就是原因，你也知道此行包含名稱；同樣，第二個readline()呼叫回傳的時候，你知道這行包含年齡等， 正如你可以看到，該處理程式僅在有新資料讀入時運行，并知道每步的資料是什么，一旦正在運行的執行緒已處理過讀入的某些資料，該執行緒不會再回退資料（大多如此），下圖也說明了這條原則：

而一個NIO的實作會有所不同，下面是一個簡單的例子：

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48); 
int bytesRead = inChannel.read(buffer); 

注意第二行，從通道讀取位元組到ByteBuffer，當這個方法呼叫回傳時，你不知道你所需的所有資料是否在緩沖區內，你所知道的是，該緩沖區包含一些位元組，這使得處理有點困難，假設第一次 read(buffer)呼叫后，讀入緩沖區的資料只有半行，例如，“Name:An”，你能處理資料嗎？顯然不能，需要等待，直到整行資料讀入快取，在此之前，對資料的任何處理毫無意義，所以，你怎么知道是否該緩沖區包含足夠的資料可以處理呢？好了，你不知道，發現的方法只能查看緩沖區中的資料，其結果是，在你知道所有資料都在緩沖區里之前，你必須檢查幾次緩沖區的資料，這不僅效率低下，而且可以使程式設計方案雜亂不堪，例如：

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);   

int bytesRead = inChannel.read(buffer);   

while(! bufferFull(bytesRead) ) {   
       bytesRead = inChannel.read(buffer);   
} 

bufferFull()方法必須跟蹤有多少資料讀入緩沖區，并回傳真或假，這取決于緩沖區是否已滿，換句話說，如果緩沖區準備好被處理，那么表示緩沖區滿了，

bufferFull()方法掃描緩沖區，但必須保持在bufferFull（）方法被呼叫之前狀態相同，如果沒有，下一個讀入緩沖區的資料可能無法讀到正確的位置，這是不可能的，但卻是需要注意的又一問題，

如果緩沖區已滿，它可以被處理，如果它不滿，并且在你的實際案例中有意義，你或許能處理其中的部分資料，但是許多情況下并非如此，下圖展示了“緩沖區資料回圈就緒”：

四、總結

NIO可讓您只使用一個（或幾個）單執行緒管理多個通道（網路連接或檔案），但付出的代價是決議資料可能會比從一個阻塞流中讀取資料更復雜，

如果需要管理同時打開的成千上萬個連接，這些連接每次只是發送少量的資料，例如聊天服務器，實作NIO的服務器可能是一個優勢，同樣，如果你需要維持許多打開的連接到其他計算機上，如P2P網路中，使用一個單獨的執行緒來管理你所有出站連接，可能是一個優勢，一個執行緒多個連接的設計方案如下圖所示：

Java NIO: 單執行緒管理多個連接

如果你有少量的連接使用非常高的帶寬，一次發送大量的資料，也許典型的IO服務器實作可能非常契合，下圖說明了一個典型的IO服務器設計：

Java IO: 一個典型的IO服務器設計- 一個連接通過一個執行緒處理.