Java NIO 新 IO 与传统 IO 有何不同

Java NIO（New IO）与传统IO（也称为阻塞式IO或BIO，Blocking IO）之间存在几个关键的区别：

1. 阻塞与非阻塞

• 传统IO（BIO）：

  • 是阻塞式的，当一个线程调用read()或write()方法时，该线程会被阻塞，直到数据被完全读取或写入。
  • 这意味着在等待I/O操作完成期间，线程不能执行其他任务。

• Java NIO（New IO）：

  • 提供了非阻塞模式，允许线程在等待I/O操作完成时执行其他任务。
  • 通过使用Selector，一个线程可以管理多个通道（Channel），从而实现高效的I/O多路复用。

2. 面向流与面向缓冲

• 传统IO（BIO）：

  • 是面向流的，数据以字节流或字符流的形式逐个处理。
  • 每次读取或写入操作都是基于流的，没有缓冲区的概念。

• Java NIO（New IO）：

  • 是面向缓冲的，数据首先被读取到缓冲区中，然后再从缓冲区中处理。
  • 缓冲区提供了更灵活的数据处理方式，并且可以提高I/O操作的效率。

3. 选择器（Selector）

• 传统IO（BIO）：

  • 没有选择器的概念，每个连接都需要一个单独的线程来处理。

• Java NIO（New IO）：

  • 引入了选择器，允许单个线程管理多个通道。
  • 选择器可以监视多个通道的事件（如连接、读取、写入），并在事件发生时通知应用程序。

4. 性能

• 传统IO（BIO）：

  • 在高并发场景下，由于每个连接都需要一个线程，线程数量会迅速增加，导致系统资源消耗过大，性能下降。

• Java NIO（New IO）：

  • 通过非阻塞模式和选择器，可以在高并发场景下更高效地处理I/O操作，减少线程数量，提高系统性能。

5. 适用场景

• 传统IO（BIO）：

  • 适用于连接数较少且每个连接的处理时间较长的场景。
  • 例如，文件传输、简单的HTTP请求等。

• Java NIO（New IO）：

  • 适用于高并发、低延迟的场景。
  • 例如，聊天服务器、实时数据处理等。

示例代码

传统IO（BIO）

import java.io.*;
import java.net.*;

public class BIOServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);
        while (true) {
            Socket clientSocket = serverSocket.accept();
            new Thread(() -> {
                try (BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(clientSocket.getInputStream()));
                     PrintWriter out = new PrintWriter(clientSocket.getOutputStream(), true)) {
                    String request;
                    while ((request = in.readLine()) != null) {
                        out.println("Echo: " + request);
                    }
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
    }
}

Java NIO（New IO）

import java.io.*;
import java.net.*;
import java.nio.*;
import java.nio.channels.*;
import java.util.*;

public class NIOServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Selector selector = Selector.open();
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
        serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

        while (true) {
            selector.select();
            Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
            Iterator<SelectionKey> iter = selectedKeys.iterator();
            while (iter.hasNext()) {
                SelectionKey key = iter.next();

                if (key.isAcceptable()) {
                    handleAccept(key, selector);
                } else if (key.isReadable()) {
                    handleRead(key);
                }

                iter.remove();
            }
        }
    }

    private static void handleAccept(SelectionKey key, Selector selector) throws IOException {
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = (ServerSocketChannel) key.channel();
        SocketChannel clientChannel = serverSocketChannel.accept();
        clientChannel.configureBlocking(false);
        clientChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
    }

    private static void handleRead(SelectionKey key) throws IOException {
        SocketChannel clientChannel = (SocketChannel) key.channel();
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        int bytesRead = clientChannel.read(buffer);
        if (bytesRead > 0) {
            buffer.flip();
            byte[] data = new byte[buffer.remaining()];
            buffer.get(data);
            String request = new String(data).trim();
            System.out.println("Received: " + request);
            clientChannel.write(ByteBuffer.wrap(("Echo: " + request).getBytes()));
        } else if (bytesRead == -1) {
            clientChannel.close();
        }
    }
}

通过上述对比和示例代码，可以看出Java NIO在处理高并发I/O操作时具有显著的优势。