作者 | 漫话编程
责编 | 伍杏玲
本文经授权转载自漫话编程(ID:mhcoding)
周末午后,在家里面进行电话面试,我问了面试者几个关于IO的问题,其中包括什么是BIO、NIO和AIO?三者有什么区别?具体如何使用等问题,但是面试者回答的并不是很满意。于是我在面试评价中写道:"对Java的IO提醒理解不够深入"。恰好被女朋友看到了。
输入/输出是信息处理系统(例如计算机)与外部世界(可能是人类或另一信息处理系统)之间的通信。
输入是系统接收的信号或数据,输出则是从其发送的信号或数据。
在Java中,提供了一些列API,可以供开发者来读写外部数据或文件。我们称这些API为Java IO。
IO是Java中比较重要,且比较难的知识点,主要是因为随着Java的发展,目前有三种IO共存。分别是BIO、NIO和AIO。
BIO 全称Block-IO 是一种同步且阻塞的通信模式。是一个比较传统的通信方式,模式简单,使用方便。但并发处理能力低,通信耗时,依赖网速。
Java NIO,全程 Non-Block IO ,是Java SE 1.4版以后,针对网络传输效能优化的新功能。是一种非阻塞同步的通信模式。
NIO 与原来的 I/O 有同样的作用和目的, 他们之间最重要的区别是数据打包和传输的方式。原来的 I/O 以流的方式处理数据,而 NIO 以块的方式处理数据。
面向流的 I/O 系统一次一个字节地处理数据。一个输入流产生一个字节的数据,一个输出流消费一个字节的数据。
面向块的 I/O 系统以块的形式处理数据。每一个操作都在一步中产生或者消费一个数据块。按块处理数据比按(流式的)字节处理数据要快得多。但是面向块的 I/O 缺少一些面向流的 I/O 所具有的优雅性和简单性。
Java AIO
Java AIO,全程 Asynchronous IO,是异步非阻塞的IO。是一种非阻塞异步的通信模式。
在NIO的基础上引入了新的异步通道的概念,并提供了异步文件通道和异步套接字通道的实现。
首先,我们站在宏观的角度,重新画一下重点:
BIO (Blocking I/O):同步阻塞I/O模式。
NIO (New I/O):同步非阻塞模式。
AIO (Asynchronous I/O):异步非阻塞I/O模型。
那么,同步阻塞、同步非阻塞、异步非阻塞都是怎么回事呢?关于这部分内容也可以查看《 漫话:如何给女朋友解释什么是IO中的阻塞、非阻塞、同步、异步? 》。
同步阻塞模式:这种模式下,我们的工作模式是先来到厨房,开始烧水,并坐在水壶面前一直等着水烧开。
同步非阻塞模式:这种模式下,我们的工作模式是先来到厨房,开始烧水,但是我们不一直坐在水壶前面等,而是回到客厅看电视,然后每隔几分钟到厨房看一下水有没有烧开。
异步非阻塞I/O模型:这种模式下,我们的工作模式是先来到厨房,开始烧水,我们不一一直坐在水壶前面等,也不隔一段时间去看一下,而是在客厅看电视,水壶上面有个开关,水烧开之后他会通知我。
阻塞VS非阻塞:人是否坐在水壶前面一直等。
同步VS异步:水壶是不是在水烧开之后主动通知人。
BIO方式适用于连接数目比较小且固定的架构,这种方式对服务器资源要求比较高,并发局限于应用中,JDK1.4以前的唯一选择,但程序直观简单易理解。
NIO方式适用于连接数目多且连接比较短(轻操作)的架构,比如聊天服务器,并发局限于应用中,编程比较复杂,JDK1.4开始支持。
AIO方式适用于连接数目多且连接比较长(重操作)的架构,比如相册服务器,充分调用OS参与并发操作,编程比较复杂,JDK7开始支持。
分别使用BIO、NIO、AIO 实现文件的读取和写入:
//Initializes The Object User1 user = new User1(); user.setName("hollis"); user.setAge(23); System.out.println(user); //Write Obj to File ObjectOutputStream oos = null; try { oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("tempFile")); oos.writeObject(user); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } finally { IOUtils.closeQuietly(oos); } //Read Obj from File File file = new File("tempFile"); ObjectInputStream ois = null; try { ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file)); User1 newUser = (User1) ois.readObject(); System.out.println(newUser); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } catch (ClassNotFoundException e) { e.printStackTrace(); } finally { IOUtils.closeQuietly(ois); try { FileUtils.forceDelete(file); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } //Initializes The Object User1 user = new User1(); user.setName("hollis"); user.setAge(23); System.out.println(user); //Write Obj to File ObjectOutputStream oos = null; try { oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("tempFile")); oos.writeObject(user); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } finally { IOUtils.closeQuietly(oos); } //Read Obj from File File file = new File("tempFile"); ObjectInputStream ois = null; try { ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file)); User1 newUser = (User1) ois.readObject(); System.out.println(newUser); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } catch (ClassNotFoundException e) { e.printStackTrace(); } finally { IOUtils.closeQuietly(ois); try { FileUtils.forceDelete(file); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } }
static void readNIO() { String pathname = "C://Users//adew//Desktop//jd-gui.cfg"; FileInputStream fin = null; try { fin = new FileInputStream(new File(pathname)); FileChannel channel = fin.getChannel(); int capacity = 100;// 字节 ByteBuffer bf = ByteBuffer.allocate(capacity); int length = -1; while ((length = channel.read(bf)) != -1) { bf.clear(); byte[] bytes = bf.array(); System.out.write(bytes, 0, length); System.out.println(); } channel.close(); } catch (FileNotFoundException e) { e.printStackTrace(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } finally { if (fin != null) { try { fin.close(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } } } static void writeNIO() { String filename = "out.txt"; FileOutputStream fos = null; try { fos = new FileOutputStream(new File(filename)); FileChannel channel = fos.getChannel(); ByteBuffer src = Charset.forName("utf8").encode("你好你好你好你好你好"); int length = 0; while ((length = channel.write(src)) != 0) { System.out.println("写入长度:" + length); } } catch (FileNotFoundException e) { e.printStackTrace(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } finally { if (fos != null) { try { fos.close(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } } }
public class ReadFromFile { public static void main(String[] args) throws Exception { Path file = Paths.get("/usr/a.txt"); AsynchronousFileChannel channel = AsynchronousFileChannel.open(file); ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(100_000); Future<Integer> result = channel.read(buffer, 0); while (!result.isDone()) { ProfitCalculator.calculateTax(); } Integer bytesRead = result.get(); System.out.println("Bytes read [" + bytesRead + "]"); } } class ProfitCalculator { public ProfitCalculator() { } public static void calculateTax() { } } public class WriteToFile { public static void main(String[] args) throws Exception { AsynchronousFileChannel fileChannel = AsynchronousFileChannel.open( Paths.get("/asynchronous.txt"), StandardOpenOption.READ, StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.CREATE); CompletionHandler<Integer, Object> handler = new CompletionHandler<Integer, Object>() { @Override public void completed(Integer result, Object attachment) { System.out.println("Attachment: " + attachment + " " + result + " bytes written"); System.out.println("CompletionHandler Thread ID: " + Thread.currentThread().getId()); } @Override public void failed(Throwable e, Object attachment) { System.err.println("Attachment: " + attachment + " failed with:"); e.printStackTrace(); } }; System.out.println("Main Thread ID: " + Thread.currentThread().getId()); fileChannel.write(ByteBuffer.wrap("Sample".getBytes()), 0, "First Write", handler); fileChannel.write(ByteBuffer.wrap("Box".getBytes()), 0, "Second Write", handler); } }
滴滴滴,水开了。
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