java nio为什么比io快(Java中nio与普通io有什么优势)
大家好，如果您还对java nio为什么比io快不太了解，没有关系，今天就由本站为大家分享java nio为什么比io快的知识，包括Java中nio与普通io有什么优势的问题都会给大家分析到，还望可以解决大家的问题，下面我们就开始吧！
Java NIO与IO的区别和比较
J2SE1.4以上版本中发布了全新的I/O类库。本文将通过一些实例来简单介绍NIO库提供的一些新特性：非阻塞I/O，字符转换，缓冲以及通道。
一.介绍NIO
NIO包（java.nio.*）引入了四个关键的抽象数据类型，它们共同解决传统的I/O类中的一些问题。
1． Buffer：它是包含数据且用于读写的线形表结构。其中还提供了一个特殊类用于内存映射文件的I/O操作。
2． Charset：它提供Unicode字符串影射到字节序列以及逆影射的操作。
3． Channels：包含socket，file和pipe三种管道，它实际上是双向交流的通道。
4． Selector：它将多元异步I/O操作集中到一个或多个线程中（它可以被看成是Unix中select（）函数或Win32中WaitForSingleEvent（）函数的面向对象版本）。
二.回顾传统
在介绍NIO之前，有必要了解传统的I/O操作的方式。以网络应用为例，传统方式需要监听一个ServerSocket，接受请求的连接为其提供服务（服务通常包括了处理请求并发送响应）图一是服务器的生命周期图，其中标有粗黑线条的部分表明会发生I/O阻塞。
图一
可以分析创建服务器的每个具体步骤。首先创建ServerSocket
ServerSocket server=new ServerSocket（10000）；
然后接受新的连接请求
Socket newConnection=server.accept（）；
对于accept方法的调用将造成阻塞，直到ServerSocket接受到一个连接请求为止。一旦连接请求被接受，服务器可以读客户socket中的请求。
InputStream in= newConnection.getInputStream();
InputStreamReader reader= new InputStreamReader(in);
BufferedReader buffer= new BufferedReader(reader);
Request request= new Request();
while(!request.isComplete()){
String line= buffer.readLine();
request.addLine(line);
}
这样的操作有两个问题，首先BufferedReader类的readLine（）方法在其缓冲区未满时会造成线程阻塞，只有一定数据填满了缓冲区或者客户关闭了套接字，方法才会返回。其次，它回产生大量的垃圾，BufferedReader创建了缓冲区来从客户套接字读入数据，但是同样创建了一些字符串存储这些数据。虽然BufferedReader内部提供了StringBuffer处理这一问题，但是所有的String很快变成了垃圾需要回收。
同样的问题在发送响应代码中也存在
Response response= request.generateResponse();
OutputStream out= newConnection.getOutputStream();
InputStream in= response.getInputStream()；
int ch；
while(-1!=(ch= in.read())){
out.write(ch);
}
newConnection.close();
类似的，读写操作被阻塞而且向流中一次写入一个字符会造成效率低下，所以应该使用缓冲区，但是一旦使用缓冲，流又会产生更多的垃圾。
传统的解决方法
通常在Java中处理阻塞I/O要用到线程（大量的线程）。一般是实现一个线程池用来处理请求，如图二
图二
线程使得服务器可以处理多个连接，但是它们也同样引发了许多问题。每个线程拥有自己的栈空间并且占用一些CPU时间，耗费很大，而且很多时间是浪费在阻塞的I/O操作上，没有有效的利用CPU。
三.新I/O
1． Buffer
传统的I/O不断的浪费对象资源（通常是String）。新I/O通过使用Buffer读写数据避免了资源浪费。Buffer对象是线性的，有序的数据集合，它根据其类别只包含唯一的数据类型。
java.nio.Buffer类描述
java.nio.ByteBuffer包含字节类型。可以从ReadableByteChannel中读在 WritableByteChannel中写
java.nio.MappedByteBuffer包含字节类型，直接在内存某一区域映射
java.nio.CharBuffer包含字符类型，不能写入通道
java.nio.DoubleBuffer包含double类型，不能写入通道
java.nio.FloatBuffer包含float类型
java.nio.IntBuffer包含int类型
java.nio.LongBuffer包含long类型
java.nio.ShortBuffer包含short类型
可以通过调用allocate(int capacity)方法或者allocateDirect(int capacity)方法分配一个Buffer。特别的，你可以创建MappedBytesBuffer通过调用FileChannel.map(int mode,long position,int size)。直接（direct）buffer在内存中分配一段连续的块并使用本地访问方法读写数据。非直接(nondirect)buffer通过使用Java中的数组访问代码读写数据。有时候必须使用非直接缓冲例如使用任何的wrap方法（如ByteBuffer.wrap(byte[])）在Java数组基础上创建buffer。
2．字符编码
向ByteBuffer中存放数据涉及到两个问题：字节的顺序和字符转换。ByteBuffer内部通过ByteOrder类处理了字节顺序问题，但是并没有处理字符转换。事实上，ByteBuffer没有提供方法读写String。
Java.nio.charset.Charset处理了字符转换问题。它通过构造CharsetEncoder和CharsetDecoder将字符序列转换成字节和逆转换。
3．通道(Channel)
你可能注意到现有的java.io类中没有一个能够读写Buffer类型，所以NIO中提供了Channel类来读写Buffer。通道可以认为是一种连接，可以是到特定设备，程序或者是网络的连接。通道的类等级结构图如下
图三
图中ReadableByteChannel和WritableByteChannel分别用于读写。
GatheringByteChannel可以从使用一次将多个Buffer中的数据写入通道，相反的，ScatteringByteChannel则可以一次将数据从通道读入多个Buffer中。你还可以设置通道使其为阻塞或非阻塞I/O操作服务。
为了使通道能够同传统I/O类相容，Channel类提供了静态方法创建Stream或Reader
4． Selector
在过去的阻塞I/O中，我们一般知道什么时候可以向stream中读或写，因为方法调用直到stream准备好时返回。但是使用非阻塞通道，我们需要一些方法来知道什么时候通道准备好了。在NIO包中，设计Selector就是为了这个目的。SelectableChannel可以注册特定的事件，而不是在事件发生时通知应用，通道跟踪事件。然后，当应用调用Selector上的任意一个selection方法时，它查看注册了的通道看是否有任何感兴趣的事件发生。图四是selector和两个已注册的通道的例子
图四
并不是所有的通道都支持所有的操作。SelectionKey类定义了所有可能的操作位，将要用两次。首先，当应用调用SelectableChannel.register(Selector sel,int op)方法注册通道时，它将所需操作作为第二个参数传递到方法中。然后，一旦SelectionKey被选中了，SelectionKey的readyOps()方法返回所有通道支持操作的数位的和。SelectableChannel的validOps方法返回每个通道允许的操作。注册通道不支持的操作将引发IllegalArgumentException异常。下表列出了SelectableChannel子类所支持的操作。
ServerSocketChannel OP_ACCEPT
SocketChannel OP_CONNECT, OP_READ, OP_WRITE
DatagramChannel OP_READ, OP_WRITE
Pipe.SourceChannel OP_READ
Pipe.SinkChannel OP_WRITE
四.举例说明
1．简单网页内容下载
这个例子非常简单，类SocketChannelReader使用SocketChannel来下载特定网页的HTML内容。
package examples.nio;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.nio.charset.Charset;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.io.IOException;
public class SocketChannelReader{
private Charset charset=Charset.forName("UTF-8");//创建UTF-8字符集
private SocketChannel channel;
public void getHTMLContent(){
try{
connect();
sendRequest();
readResponse();
}catch(IOException e){
System.err.println(e.toString());
}finally{
if(channel!=null){
try{
channel.close();
}catch(IOException e){}
}
}
}
private void connect()throws IOException{//连接到CSDN
InetSocketAddress socketAddress=
new InetSocketAddress("http://www.csdn.net",80/);
channel=SocketChannel.open(socketAddress);
//使用工厂方法open创建一个channel并将它连接到指定地址上
//相当与SocketChannel.open().connect(socketAddress);调用
}
private void sendRequest()throws IOException{
channel.write(charset.encode("GET"
+"/document"
+"\r\n\r\n"));//发送GET请求到CSDN的文档中心
//使用channel.write方法，它需要CharByte类型的参数，使用
//Charset.encode(String)方法转换字符串。
}
private void readResponse()throws IOException{//读取应答
ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(1024);//创建1024字节的缓冲
while(channel.read(buffer)!=-1){
buffer.flip();//flip方法在读缓冲区字节操作之前调用。
System.out.println(charset.decode(buffer));
//使用Charset.decode方法将字节转换为字符串
buffer.clear();//清空缓冲
}
}
public static void main(String [] args){
new SocketChannelReader().getHTMLContent();
}
2．简单的加法服务器和客户机
服务器代码
package examples.nio;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.IntBuffer;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.io.IOException;
/**
* SumServer.java
*
*
* Created: Thu Nov 06 11:41:52 2003
*
*@author starchu1981
*@version 1.0
*/
public class SumServer{
private ByteBuffer _buffer=ByteBuffer.allocate(8);
private IntBuffer _intBuffer=_buffer.asIntBuffer();
private SocketChannel _clientChannel=null;
private ServerSocketChannel _serverChannel=null;
public void start(){
try{
openChannel();
waitForConnection();
}catch(IOException e){
System.err.println(e.toString());
}
}
private void openChannel()throws IOException{
_serverChannel=ServerSocketChannel.open();
_serverChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(10000));
System.out.println("服务器通道已经打开");
}
private void waitForConnection()throws IOException{
while(true){
_clientChannel=_serverChannel.accept();
if(_clientChannel!=null){
System.out.println("新的连接加入");
processRequest();
_clientChannel.close();
}
}
}
private void processRequest()throws IOException{
_buffer.clear();
_clientChannel.read(_buffer);
int result=_intBuffer.get(0)+_intBuffer.get(1);
_buffer.flip();
_buffer.clear();
_intBuffer.put(0,result);
_clientChannel.write(_buffer);
}
public static void main(String [] args){
new SumServer().start();
}
}// SumServer
客户代码
package examples.nio;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.IntBuffer;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.io.IOException;
/**
* SumClient.java
*
*
* Created: Thu Nov 06 11:26:06 2003
*
*@author starchu1981
*@version 1.0
*/
public class SumClient{
private ByteBuffer _buffer=ByteBuffer.allocate(8);
private IntBuffer _intBuffer;
private SocketChannel _channel;
public SumClient(){
_intBuffer=_buffer.asIntBuffer();
}// SumClient constructor
public int getSum(int first,int second){
int result=0;
try{
_channel=connect();
sendSumRequest(first,second);
result=receiveResponse();
}catch(IOException e){System.err.println(e.toString());
}finally{
if(_channel!=null){
try{
_channel.close();
}catch(IOException e){}
}
}
return result;
}
private SocketChannel connect()throws IOException{
InetSocketAddress socketAddress=
new InetSocketAddress("localhost",10000);
return SocketChannel.open(socketAddress);
}
private void sendSumRequest(int first,int second)throws IOException{
_buffer.clear();
_intBuffer.put(0,first);
_intBuffer.put(1,second);
_channel.write(_buffer);
System.out.println("发送加法请求"+first+"+"+second);
}
private int receiveResponse()throws IOException{
_buffer.clear();
_channel.read(_buffer);
return _intBuffer.get(0);
}
public static void main(String [] args){
SumClient sumClient=new SumClient();
System.out.println("加法结果为:"+sumClient.getSum(100,324));
}
}// SumClient
3．非阻塞的加法服务器
首先在openChannel方法中加入语句
_serverChannel.configureBlocking(false);//设置成为非阻塞模式
重写WaitForConnection方法的代码如下，使用非阻塞方式
private void waitForConnection()throws IOException{
Selector acceptSelector= SelectorProvider.provider().openSelector();
/*在服务器套接字上注册selector并设置为接受accept方法的通知。
这就告诉Selector，套接字想要在accept操作发生时被放在ready表
上，因此，允许多元非阻塞I/O发生。*/
SelectionKey acceptKey= ssc.register(acceptSelector,
SelectionKey.OP_ACCEPT);
int keysAdded= 0;
Java中nio与普通io有什么优势
1，nio的主要作用就是用来解决速度差异的。举个例子：计算机处理的速度，和用户按键盘的速度，这两者的速度相差悬殊。
2，如果按照经典的方法：一个用户设定一个线程，专门等待用户的输入，无形中就造成了严重的资源浪费，每一个线程都需要珍贵的cpu时间片，由于速度差异造成了在这个交互线程中的cpu都用来等待。
3，传统的阻塞式IO，每个连接必须要开一个线程来处理，并且没处理完线程不能退出。
4，非阻塞式IO，由于基于反应器模式，用于事件多路分离和分派的体系结构模式，所以可以利用线程池来处理。事件来了就处理，处理完了就把线程归还。
5，而传统阻塞方式不能使用线程池来处理，假设当前有10000个连接，非阻塞方式可能用1000个线程的线程池就搞定了，而传统阻塞方式就需要开10000个来处理。如果连接数较多将会出现资源不足的情况。非阻塞的核心优势就在这里。
io和nio的文件读取方式的不同
io,也称old io,读取文件主要通过流，从磁盘上一个一个字符的读，效率比较低下。
nio，在对文件操作下改进了方式，通过块读取，一整块一整块的读取，所以读取出来的不会是一个字符，而是一个块，把这些数据放到内存缓冲区内。在进行操作。通过块的读取来提高速度。（块操作，fileChannel)
内存映射，MappedByteBuffer,这个主要是通过内存映射，即利用虚拟内存（把文件某一部分当成内存），直接操作文件，对于一些要在内存中大块操作的文件，比如1G的文件
你要在内存中操作200M的部分，，把200M读到物理内存是比较耗内存和CPU的，不如直接把那部分文件虚拟成内存直接操作。
下面是对用以上三个文式对一个300M的文件进行读取，并写入另一个文件的测试:
1. inputstream CPU5.6%内存2.6M costTime:4.039S使用缓冲区byte:4kb
2. filechannel CPU1.3%内存2.6M costTime:3.359S使用缓冲区byte:0(transferTo方式）
3. MappedByteBuffer CPU6.9%内存2.4M costTime:6.966S内存映射：300M
可见对大文件块读取是最好的;如果要直接操作文件的很大的一部分的内容，则比较适合MappedByteBuffer;如读取很小的内容，比如8B的内容，inputStream可能是最好的。
代码如下，选几个文件自已试下。使用jdk自带JConsole进行观察。
public class Test{
public static void main(String[] args)throws Exception{
File ff=new File("F:/workspace/pureMQ/src/mq/pure/file/cc.rar");
File[] f=new File[7];
File[] f_write=new File[7];
Thread.sleep(15000);
for(int i=0;i<7;i++){
f[i]=new File("F:/workspace/pureMQ/src/mq/pure/file/1"+(i+1)+".jpg");
}
for(int i=0;i<7;i++){
f_write[i]=new File("F:/workspace/pureMQ/src/mq/pure/file/"+i+".jpg");
if(!f_write[i].exists()){
f_write[i].createNewFile();
}
}
f[0]=ff;
long begin=System.currentTimeMillis();
int choice=1;
for(int i=0;i<7;i++){
switch(choice){
case 1:
System.out.println("1");
InputStream ips=new FileInputStream(f[i]);
OutputStream ops=new FileOutputStream(f_write[i]);
byte[] b=new byte[4096];
int index;
while((index=ips.read(b))!=-1){
ops.write(b);
}
if(ips!=null){
ips.close();
}
if(ops!=null){
ops.close();
}
break;
case 2:
System.out.println("2");
RandomAccessFile raf=new RandomAccessFile(f[i],"r");
RandomAccessFile raf_write=new RandomAccessFile(f_write[i],"rw");
FileChannel fc=raf.getChannel();
FileChannel fc_write=raf_write.getChannel();
fc.transferTo(0, fc.size(), fc_write);
fc.close();
fc_write.close();
raf.close();
raf_write.close();
break;
case 3:
System.out.println("3");
RandomAccessFile raf2=new RandomAccessFile(f[i],"r");
RandomAccessFile raf2_write=new RandomAccessFile(f_write[i],"rwd");
FileChannel fc2=raf2.getChannel();
FileChannel fc2_write=raf2_write.getChannel();
MappedByteBuffer mbb=fc2_write.map(MapMode.READ_WRITE, 0, fc2.size());
ByteBuffer bb=ByteBuffer.allocate(4096);
while(fc2.read(bb)!=-1){
bb.flip();
mbb.put(bb);
bb.compact();
}
mbb.force();
fc2.close();
fc2_write.close();
raf2.close();
raf2_write.close();
break;
default:
break;
}
}
long end=System.currentTimeMillis();
System.out.println("all time cost:"+(end-begin));
}
}
关于本次java nio为什么比io快和Java中nio与普通io有什么优势的问题分享到这里就结束了，如果解决了您的问题，我们非常高兴。