面试攻略,Java 基础面试 100 问(十八)

JAVA IO 包

JAVA NIO

NIO 主要有三大核心部分:Channel(通道),Buffer(缓冲区), Selector。

传统 IO 基于字节流和字 符流进行操作,而 NIO 基于 Channel 和 Buffer(缓冲区)进行操作,数据总是从通道读取到缓冲区 中,或者从缓冲区写入到通道中。Selector(选择区)用于监听多个通道的事件(比如:连接打开, 数据到达)。因此,单个线程可以监听多个数据通道。

NIO 和传统 IO 之间第一个最大的区别是,IO 是面向流的,NIO 是面向缓冲区的。

NIO 的缓冲区

Java IO 面向流意味着每次从流中读一个或多个字节,直至读取所有字节,它们没有被缓存在任何 地方。此外,它不能前后移动流中的数据。如果需要前后移动从流中读取的数据,需要先将它缓 存到一个缓冲区。NIO 的缓冲导向方法不同。数据读取到一个它稍后处理的缓冲区,需要时可在 缓冲区中前后移动。这就增加了处理过程中的灵活性。但是,还需要检查是否该缓冲区中包含所 有您需要处理的数据。而且,需确保当更多的数据读入缓冲区时,不要覆盖缓冲区里尚未处理的数据。

NIO 的非阻塞

IO 的各种流是阻塞的。这意味着,当一个线程调用 read() 或 write()时,该线程被阻塞,直到有 一些数据被读取,或数据完全写入。该线程在此期间不能再干任何事情了。NIO 的非阻塞模式, 使一个线程从某通道发送请求读取数据,但是它仅能得到目前可用的数据,如果目前没有数据可 用时,就什么都不会获取。而不是保持线程阻塞,所以直至数据变的可以读取之前,该线程可以 继续做其他的事情。

非阻塞写也是如此。一个线程请求写入一些数据到某通道,但不需要等待它 完全写入,这个线程同时可以去做别的事情。线程通常将非阻塞 IO 的空闲时间用于在其它通道上 执行 IO 操作,所以一个单独的线程现在可以管理多个输入和输出通道(channel)。

Channel

首先说一下 Channel,国内大多翻译成“通道”。Channel 和 IO 中的 Stream(流)是差不多一个 等级的。只不过 Stream 是单向的,譬如:InputStream, OutputStream,而 Channel 是双向 的,既可以用来进行读操作,又可以用来进行写操作。

NIO 中的 Channel 的主要实现有:

    1. FileChannel

    1. DatagramChannel

    1. SocketChannel

    1. ServerSocketChannel

这里看名字就可以猜出个所以然来:分别可以对应文件 IO、UDP 和 TCP(Server 和 Client)。下面演示的案例基本上就是围绕这 4 个类型的 Channel 进行陈述的。

Buffer

Buffer,故名思意,缓冲区,实际上是一个容器,是一个连续数组。Channel 提供从文件、 网络读取数据的渠道,但是读取或写入的数据都必须经由 Buffer。

上面的图描述了从一个客户端向服务端发送数据,然后服务端接收数据的过程。客户端发送数据时,必须先将数据存入 Buffer 中,然后将 Buffer 中的内容写入通道。服务端这边接收数据必 须通过 Channel 将数据读入到 Buffer 中,然后再从 Buffer 中取出数据来处理。

在 NIO 中,Buffer 是一个顶层父类,它是一个抽象类,常用的 Buffer 的子类有:ByteBuffer、IntBuffer、 CharBuffer、 LongBuffer、 DoubleBuffer、FloatBuffer、 ShortBuffer

Selector

Selector 类是 NIO 的核心类,Selector 能够检测多个注册的通道上是否有事件发生,如果有事 件发生,便获取事件然后针对每个事件进行相应的响应处理。这样一来,只是用一个单线程就可 以管理多个通道,也就是管理多个连接。这样使得只有在连接真正有读写事件发生时,才会调用 函数来进行读写,就大大地减少了系统开销,并且不必为每个连接都创建一个线程,不用去维护 多个线程,并且避免了多线程之间的上下文切换导致的开销。

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