关于后端:Java-SE基础巩固六Java-IO

Java SE根底坚固（六）：Java IO

到当初为止，Java IO可分为三类：BIO、NIO、AIO。最早呈现的是BIO，而后是NIO，最近的是AIO，BIO即Blocking IO，NIO有的文章说是New NIO，也有的文章说是No Blocking IO，我查了一些材料，官网说的应该是No Blocking IO，提供了Selector，Channle，SelectionKey形象，AIO即Asynchronous IO（异步IO），提供了Fauture等异步操作。

1 BIO

[](https://imgchr.com/i/i81QZn)

[

](https://imgchr.com/i/i81QZn)

上图是BIO的架构体系图。能够看到BIO次要分为两类IO，即字符流IO和字节流IO，字符流即把输入输出数据当做字符来对待，Writer和Reader是其继承体系的最高层，字节流即把输入输出当做字节来对待，InputStream和OutputStream是其继承体系的最高层。上面以文件操作为例，其余的实现类也十分相似。

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顺便说一下，整个BIO体系大量应用了装璜者模式，例如BufferedInputStream包装了InputStream，使其领有了缓冲的能力。

1.1 字节流

public class Main {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //写入文件
        FileOutputStream out = new FileOutputStream("E:Java_projecteffective-javasrctopyeononiobiotest.txt");
        out.write("hello,world".getBytes("UTF-8"));
        out.flush();
        out.close();

        //读取文件
        FileInputStream in = new FileInputStream("E:Java_projecteffective-javasrctopyeononiobiotest.txt");
        byte[] buffer = new byte[in.available()];
        in.read(buffer);
        System.out.println(new String(buffer, "UTF-8"));
        in.close();
    }
}

复制代码

向FileOutputStream构造函数中传入文件名来创立FileOutputStream对象，即关上了一个字节流，之后应用write办法向字节流中写入数据，实现之后调用flush刷新缓冲区，最初记得要敞开字节流。读取文件也是相似的，先关上一个字节流，而后从字节流中读取数据并存入内存中（buffer数组），而后再敞开字节流。

因为InputStream和OutputStream都继承了AutoCloseable接口，所以如果应用的是try-resource的语法来进行字节流的IO操作，可不须要手动显式调用close办法了，这也是十分举荐的做法，在示例中我没有这样做只是为了不便。

1.2 字符流

字节流次要应用的是InputStream和OutputStream，而字符流次要应用的就是与之对应的Reader和Writer。上面来看一个示例，该示例的性能和上述示例的一样，只不过实现伎俩不同：

public class Main {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Writer writer = new FileWriter("E:Java_projecteffective-javasrctopyeononiobiotest.txt");
        writer.write("hello,worldn");
        writer.write("hello,yeononn");
        writer.flush();
        writer.close();

        BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader("E:Java_projecteffective-javasrctopyeononiobiotest.txt"));

        String line = "";
        int lineCount = 0;
        while ((line = reader.readLine()) != null) {
            System.out.println(line);
            lineCount++;
        }
        reader.close();
        System.out.println(lineCount);
    }
}
复制代码

Writer非常简单，无奈就是关上字符流，而后向字符流中写入字符，而后敞开。要害是Reader，示例代码中应用了BufferedReader来包装FileReader，使得本来没有缓冲性能的FileReader有了缓冲性能，这就是下面提到过的装璜者模式，BufferedReader还提供了方便使用的API，例如readLine()，这个办法每次调用会读取文件中的一行。

以上就是BIO的简略应用，源码的话因为波及太多的底层，所以如果对底层不是很理解的话会很难了解源码。

2 NIO

BIO是同步阻塞的IO，而NIO是同步非阻塞的IO。NIO中有几个比拟重要的组件：Selector，SelectionKey，Channel，ByteBuffer，其中Selector就是所谓的选择器，SelectionKey能够简略了解为选择键，这个键将Selector和Channle进行一个绑定（或者所Channle注册到Selector上），当有数据达到Channel的时候，Selector会从阻塞状态中恢复过来，并对该Channle进行操作，并且，咱们不能间接对Channle进行读写操作，只能对ByteBuffer操作。如下图所示：

[](https://imgchr.com/i/i8YB80)

[

](https://imgchr.com/i/i8YB80)

上面是一个Socket网络编程的例子：

//服务端
public class SocketServer {

    private Selector selector;
    private final static int port = 9000;
    private final static int BUF = 10240;

    private void init() throws IOException {
        //获取一个Selector
        selector = Selector.open();
        //获取一个服务端socket Channel
        ServerSocketChannel channel = ServerSocketChannel.open();
        //设置为非阻塞模式
        channel.configureBlocking(false);
        //绑定端口
        channel.socket().bind(new InetSocketAddress(port));
        //把channle注册到Selector上，并示意对ACCEPT事件感兴趣
        SelectionKey selectionKey = channel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

        while (true) {
            //该办法会阻塞，直到和其绑定的任何一个channel有数据过去
            selector.select();
            //获取该Selector绑定的SelectionKey
            Set<SelectionKey> selectionKeys = selector.selectedKeys();
            Iterator<SelectionKey> iterator = selectionKeys.iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
                SelectionKey key = iterator.next();
                //记得删除，否则就有限循环了
                iterator.remove();
                //如果该事件是一个ACCEPT，那么就执行doAccept办法，其余的也一样
                if (key.isAcceptable()) {
                    doAccept(key);
                } else if (key.isReadable()) {
                    doRead(key);
                } else if (key.isWritable()) {
                    doWrite(key);
                } else if (key.isConnectable()) {
                    System.out.println("连贯胜利！");
                }
            }
        }
    }

    //写办法，留神不能间接对channle进行读写操作，只能对ByteBuffer进行操作
    private void doWrite(SelectionKey key) throws IOException {
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(BUF);
        buffer.flip();
        SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();
        while (buffer.hasRemaining()) {
            socketChannel.write(buffer);
        }
        buffer.compact();
    }

    //读取音讯
    private void doRead(SelectionKey key) throws IOException {
        SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(BUF);
        long reads = socketChannel.read(buffer);
        while (reads > 0) {
            buffer.flip();
            byte[] data = buffer.array();
            System.out.println("读取到音讯： " + new String(data, "UTF-8"));
            buffer.clear();
            reads = socketChannel.read(buffer);
        }
        if (reads == -1) {
            socketChannel.close();
        }
    }

    //当有连贯过去的时候，获取连贯过去的channle，而后注册到Selector上，并设置成对读音讯感兴趣，当客户端有音讯过去的时候，Selector就能够让其执行doRead办法，而后读取音讯并打印。
    private void doAccept(SelectionKey key) throws IOException {
        ServerSocketChannel serverChannel = (ServerSocketChannel) key.channel();
        System.out.println("服务端监听中...");
        SocketChannel socketChannel = serverChannel.accept();
        socketChannel.configureBlocking(false);
        socketChannel.register(key.selector(), SelectionKey.OP_READ);
    }
    
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        SocketServer server = new SocketServer();
        server.init();
    }
}

//客户端，写得比较简单
public class SocketClient {

    private final static int port = 9000;
    private final static int BUF = 10240;


    private void init() throws IOException {
        //获取channel
        SocketChannel channel = SocketChannel.open();
        //连贯到近程服务器
        channel.connect(new InetSocketAddress(port));
        //设置非阻塞模式
        channel.configureBlocking(false);
        //往ByteBuffer里写音讯
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(BUF);
        buffer.put("Hello,Server".getBytes("UTF-8"));
        buffer.flip();
        //将ByteBuffer内容写入Channle，即发送音讯
        channel.write(buffer);
        channel.close();
    }


    public static void main(String[] args) throws IOException {
        SocketClient client = new SocketClient();
            client.init();
    }
}

复制代码

尝试启动一个服务端，多个客户端，后果大抵如下所示：

服务端监听中...
读取到音讯： Hello,Server                       
服务端监听中...
读取到音讯： Hello,Server  
复制代码

正文写得挺分明了，我这里只是简略应用了NIO，但实际上NIO远远不止这些货色，光一个ByteBuffer就能说一天，如果有机会，我会在前面Netty相干的文章中具体说一下这几个组件。在此就不再多说了。

吐槽一些，纯NIO写的服务端和客户端切实是太麻烦了，一不小心就会写错，还是应用Netty相似的框架好一些啊。

3 AIO

在JDK7中新增了一些IO相干的API，这些API称作AIO。因为其提供了一些异步操作IO的性能，但实质是其实还是NIO，所以能够简略的了解为是NIO的裁减。AIO中最重要的就是Future了，Future示意未来的意思，即这个操作可能会继续很长时间，但我不会等，而是到未来操作实现的时候，再过去告诉我，这就是异步的意思。上面是两个应用AIO的例子：

 public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException, IOException {
        Path path = Paths.get("E:Java_projecteffective-javasrctopyeononioaiotest.txt");
        AsynchronousFileChannel channel = AsynchronousFileChannel.open(path);
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        Future<Integer> future = channel.read(buffer,0);
        Integer readNum = future.get(); //阻塞，如果不调用该办法，main办法会继续执行
        buffer.flip();
        System.out.println(new String(buffer.array(), "UTF-8"));
        System.out.println(readNum);
    }
复制代码

第一个例子应用AsynchronousFileChannel来异步的读取文件内容，在代码中，我应用了future.get()办法，该办法会阻塞以后线程，在例子中即主线程，当工作线程，即读取文件的线程执行结束后才会从阻塞状态中恢复过来，并将后果返回。之后就能够从ByteBuffer中读取数据了。这是应用未来时的例子，上面来看看应用回调的例子：

public class Main {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException, IOException {
        Path path = Paths.get("E:Java_projecteffective-javasrctopyeononioaiotest.txt");
        AsynchronousFileChannel channel = AsynchronousFileChannel.open(path);
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        channel.read(buffer, 0, buffer, new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {
            @Override
            public void completed(Integer result, ByteBuffer attachment) {
                System.out.println("实现读取");
                try {
                    System.out.println(new String(attachment.array(), "UTF-8"));
                } catch (UnsupportedEncodingException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

            @Override
            public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {
                System.out.println("读取失败");
            }
        });
        System.out.println("继续执行主线程");
        //调用实现之后不须要期待工作实现，会间接继续执行主线程
        while (true) {
            Thread.sleep(1000);
        }
    }
}

复制代码

输入的后果大抵如下所示，但不肯定，这取决于线程调度：

继续执行主线程
实现读取

hello,world
hello,yeonon
复制代码

当工作实现，即读取文件结束的时候，会调用completed办法，失败会调用failed办法，这就是回调。具体接触过回调的敌人应该不难理解。

4 BIO、NIO、AIO的区别

BIO是同步阻塞的IO，NIO是同步非阻塞IO，AIO异步非阻塞IO，这是最根本的区别。阻塞模式会导致其余线程被IO线程阻塞，必须期待IO线程执行结束能力继续执行逻辑，非阻塞和异步并不等同，非阻塞模式下，个别会采纳事件轮询的形式来执行IO，即IO多路复用，尽管依然是同步的，但执行效率比传统的BIO要高很多，AIO则是异步IO，如果把IO工作当做一个工作的话，在以后线程中提交一个工作之后，不会有阻塞，会继续执行以后线程的后续逻辑，在工作实现之后，以后线程会收到告诉，而后再决定如何解决，这种形式的IO，CPU效率是最高的，CPU简直没有产生过进展，而时始终至于忙状态，所以效率十分高，但编程难度会比拟大。
BIO面向的是流，无论是字符流还是字节流，艰深的讲，BIO在读写数据的时候会依照一个接一个的形式读写，而NIO和AIO（因为AIO实际上是NIO的裁减，所以从这个方面来看，能够把他们放在一块）读写数据的时候是依照一块一块的读取的，读取到的数据会缓存在内存中，而后在内存中对数据进行解决，这种形式的益处是缩小了硬盘或者网络的读写次数，从而升高了因为硬盘或网络速度慢带来的效率影响。
BIO的API尽管比拟底层，但如果相熟之后编写起来会比拟容易，NIO或者AIO的API抽象层次高，一般来说应该更容易应用才是，但实际上却很难“正确”的编写，而且DEBUG的难度也较大，这也是为什么Netty等NIO框架受欢迎的起因之一。

以上就是我了解的BIO、NIO和AIO区别。

5 小结

本文简略粗略的讲了一下BIO、NIO、AIO的应用，并未波及源码，也没有波及太多的原理，如果读者心愿理解更多对于三者的内容，倡议参看一些书籍，例如老外写的《Java NIO》，该书全面零碎的解说了NIO的各种组件和细节，十分举荐。

关于后端:Java-SE基础巩固六Java-IO

Java SE根底坚固（六）：Java IO

1 BIO

1.1 字节流

1.2 字符流

2 NIO

3 AIO

4 BIO、NIO、AIO的区别

5 小结

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