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IO和NIO的区别
| IO | NIO |
|---|---|
| 面向流 | 面向缓冲 |
| 阻塞IO | 非阻塞IO |
| 无 | 选择器 |
1.面向流与面向缓冲
- 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。- Java NIO 中把数据读取到一个缓冲区中， 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。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。
2.阻塞与非阻塞 IO
- Java 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。
- Java 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)。
3.选择器（Selector）
- Java NIO 的选择器允许一个单独的线程来监视多个输入通道， 你可以注册多个通道使用一个选择器， 然后使用一个单独的线程来“选择”通道： 这些通道里已经有可以处理的输入， 或者选择已准备写入的通道。
- 为了将 Channel和Selector 配合使用,必须将channel 注册到 selector 上， 通过SelectableChannel.register()方法来实现。
- 这种选择机制，使得一个单独的线程很容易来管理多个通道。 只要 Channel 向 Selector 注册了某种特定的事件，Selector 就会监听这些事件是否会发生，一旦发生某个 便会通知对应的 Channel。 使用选择器， 借助单一线程， 就可对数量庞大的活动 I/O 通道实施监控和维护
IO同步阻塞
(1)阻塞IO
最传统的一种IO模型，即在读写数据过程中会发生阻塞现象。当用户线程发出IO请求之后，内核会去查看数据是否就绪，如果没有就绪就会等待数据就绪，而用户线程就会处于阻塞状态，用户线程交出CPU。当数据就绪之后，内核会将数据拷贝到用户线程，并返回结果给用户线程，用户线程才解绑block状态。典型的阻塞IO模型的例子为：data = socket.read()；如果数据没有就绪，就会一直阻塞在read方法。
(2)非阻塞IO
当用户线程发起一个read操作后，并不需要等待，而是马上就得到了一个结果。
- 如果结果是一个Error时，它就知道数据还没准备好，于是它可以再次发送read操作。
- 一旦内核中的数据准备好了，并且又再次受到了用户线程的请求，那么它马上就将数据拷贝到了用户线程，然后返回。
所以事实上，在非阻塞IO模型中，用户线程需要不断地询问内核数据是否就绪，也就是说非阻塞IO模型不会交出CPU，而会一直占用CPU.
while(true){ data = socket.read(); if(data != error){ 处理数据 break; } } }
(3)多路复用IO[同步非阻塞NIO]
在多路复用IO模型中(实际上就说NIO)，
- 会有一个线程不断去轮询多个socket的状态，只有当socket真正有读写事件时，才真正调用实际的IO读写操作。
- 通过一个线程就可以管理多个socket，只有在真正有socket读写事件进行时，才会使用IO资源进行实际的读写操作。
- 因此，多路复用IO比较适合连接数比较多的情况。
(4)信号驱动IO
在信号驱动IO模型中，
- 当用户线程发起一个IO请求操作，会给对应的socket注册一个信号函数，然后用户线程会继续执行，
- 当内核数据就绪时会发送一个信号给用户线程，用户线程接收到信号之后，便在信号函数中调用IO读写操作来进行实际的IO请求操作。
(5)异步IO[异步非阻塞AIO]
应用发起一个IO操作以后，不等待内核IO操作的完成，等内核完成IO操作以后会通知应用程序。
- 在异步IO模型中，当用户线程发起read操作之后，立刻就可以开始去做其它的事。而另一方面，从内核的角度，当它收到一个asynchronous read之后，它会立刻返回，说明read请求一个成功发起了，因此不会对用户线程产生任何block。
- 然后，内核会等待数据准备完成，然后将数据拷贝到用户线程，当这一切都完成之后，内核会给用户线程发送一个信号，告诉它read操作完成了。也就是说用户线程完全不需要实际的整个IO操作是如何进行的。只需要先发起一个请求，当接收内核返回的成功信号时表示IO操作已经完成，可以直接去使用数据了。
NIO同步非阻塞
原理
1.缓冲区(buffer)
- 缓冲区实际上是一个容器对象， 其实就是一个数组， 在 NIO 库中,所有数据都是用缓冲区处理的。在读取数据时， 它是直接读到缓冲区中的；
- 在写入数据时， 它也是写入到缓冲区中的； 任何时候访问 NIO 中的数据， 都是将它放到缓冲区中。 在 NIO 中， 所有的缓冲区类型都继承于 抽象类 Buffer， 最常用的就是 ByteBuffer。
2.通道(channel)
- 通道是一个对象， 通过它可以读取和写入数据，
- 所有数据都通过 Buffer 对象来处理。 我们永远不会将字节直接写入通道中，相反是将数据写入包含一个或者多个字节的缓冲区。 同样不会直接从通道中读取字节， 而是将数据从通道读入缓冲区， 再从缓冲区获取这个字节。
- 流只是在一个方向上移动(一个流必须是 InputStream 或者 OutputStream 的子类， 比如 InputStream 只能进行读取操作， OutputStream 只能进行写操作)， 而通道是双向的， 可以用于读、 写或者同时用于读写。
3.选择器（selector）
- Selector 的作用就是用来轮询每个注册的 Channel，一旦发现 Channel 有注册的事件发生， 便获取事件然后进行处理。
- 用单线程处理一个 Selector， 然后通过 Selector.select()方法来获取到达事件， 在获取了到达事件之后， 就可以逐个地对这些事件进行响应处理。
- '服务端和客户端各自维护一个管理通道的对象， 我们称之为 selector， 该对象能检测一个或多个通道（channel） 上的事件。
- 我们以服务端为例， 如果服务端的 selector 上注册了读事件， 某时刻
- 客户端给服务端送了一些数据， 阻塞 I/O这时会调用 read()方法阻塞地读取数据， 而 NIO 的服务端会在 selector 中添加一个读事件。
- 服务端的处理线程会轮询地访问 selector，
- 如果访问selector 时发现有感兴趣的事件到达， 则处理这些事件， 如果没有感兴趣的事件到达， 则处理线程会一直阻塞直到感兴趣的事件到达为止。