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Java中BIO、NIO和AIO的區(qū)別、原理與用法

 更新時間:2021年12月15日 11:26:33   作者:卷卷之王  
這篇文章主要介紹了Java中BIO、NIO和AIO的區(qū)別、原理與用法,文中通過示例代碼介紹的非常詳細。對大家的學(xué)習(xí)或工作具有一定的參考借鑒價值,需要的朋友可以參考下

IO

什么是IO? 它是指計算機與外部世界或者一個程序與計算機的其余部分的之間的接口。它對于任何計算機系統(tǒng)都非常關(guān)鍵,因而所有 I/O 的主體實際上是內(nèi)置在操作系統(tǒng)中的。單獨的程序一般是讓系統(tǒng)為它們完成大部分的工作。

在 Java 編程中,直到最近一直使用 流 的方式完成 I/O。所有 I/O 都被視為單個的字節(jié)的移動,通過一個稱為 Stream 的對象一次移動一個字節(jié)。流 I/O 用于與外部世界接觸。它也在內(nèi)部使用,用于將對象轉(zhuǎn)換為字節(jié),然后再轉(zhuǎn)換回對象。

BIO

Java BIO即Block I/O , 同步并阻塞的IO。

BIO就是傳統(tǒng)的java.io包下面的代碼實現(xiàn)。

NIO

什么是NIO? NIO 與原來的 I/O 有同樣的作用和目的, 他們之間最重要的區(qū)別是數(shù)據(jù)打包和傳輸?shù)姆绞?。原來?I/O 以流的方式處理數(shù)據(jù),而 NIO 以塊的方式處理數(shù)據(jù)。

面向流 的 I/O 系統(tǒng)一次一個字節(jié)地處理數(shù)據(jù)。一個輸入流產(chǎn)生一個字節(jié)的數(shù)據(jù),一個輸出流消費一個字節(jié)的數(shù)據(jù)。為流式數(shù)據(jù)創(chuàng)建過濾器非常容易。鏈接幾個過濾器,以便每個過濾器只負責單個復(fù)雜處理機制的一部分,這樣也是相對簡單的。不利的一面是,面向流的 I/O 通常相當慢。

一個 面向塊 的 I/O 系統(tǒng)以塊的形式處理數(shù)據(jù)。每一個操作都在一步中產(chǎn)生或者消費一個數(shù)據(jù)塊。按塊處理數(shù)據(jù)比按(流式的)字節(jié)處理數(shù)據(jù)要快得多。但是面向塊的 I/O 缺少一些面向流的 I/O 所具有的優(yōu)雅性和簡單性。

AIO

Java AIO即Async非阻塞,是異步非阻塞的IO。

區(qū)別及聯(lián)系

  • BIO (Blocking I/O):同步阻塞I/O模式,數(shù)據(jù)的讀取寫入必須阻塞在一個線程內(nèi)等待其完成。這里假設(shè)一個燒開水的場景,有一排水壺在燒開水,BIO的工作模式就是, 叫一個線程停留在一個水壺那,直到這個水壺燒開,才去處理下一個水壺。但是實際上線程在等待水壺燒開的時間段什么都沒有做。
  • NIO (New I/O):同時支持阻塞與非阻塞模式,但這里我們以其同步非阻塞I/O模式來說明,那么什么叫做同步非阻塞?如果還拿燒開水來說,NIO的做法是叫一個線程不斷的輪詢每個水壺的狀態(tài),看看是否有水壺的狀態(tài)發(fā)生了改變,從而進行下一步的操作。
  • AIO ( Asynchronous I/O):異步非阻塞I/O模型。異步非阻塞與同步非阻塞的區(qū)別在哪里?異步非阻塞無需一個線程去輪詢所有IO操作的狀態(tài)改變,在相應(yīng)的狀態(tài)改變后,系統(tǒng)會通知對應(yīng)的線程來處理。對應(yīng)到燒開水中就是,為每個水壺上面裝了一個開關(guān),水燒開之后,水壺會自動通知我水燒開了。

各自適用場景

  • BIO方式適用于連接數(shù)目比較小且固定的架構(gòu),這種方式對服務(wù)器資源要求比較高,并發(fā)局限于應(yīng)用中,JDK1.4以前的唯一選擇,但程序直觀簡單易理解。
  • NIO方式適用于連接數(shù)目多且連接比較短(輕操作)的架構(gòu),比如聊天服務(wù)器,并發(fā)局限于應(yīng)用中,編程比較復(fù)雜,JDK1.4開始支持。
  • AIO方式適用于連接數(shù)目多且連接比較長(重操作)的架構(gòu),比如相冊服務(wù)器,充分調(diào)用OS參與并發(fā)操作,編程比較復(fù)雜,JDK7開始支持。

使用方式

使用BIO實現(xiàn)文件的讀取和寫入。

 
       //Initializes The Object
        User1 user = new User1();
        user.setName("hollis");
        user.setAge(23);
        System.out.println(user);
 
        //Write Obj to File
        ObjectOutputStream oos = null;
        try {
            oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("tempFile"));
            oos.writeObject(user);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            IOUtils.closeQuietly(oos);
        }
 
        //Read Obj from File
        File file = new File("tempFile");
        ObjectInputStream ois = null;
        try {
            ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));
            User1 newUser = (User1) ois.readObject();
            System.out.println(newUser);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            IOUtils.closeQuietly(ois);
            try {
                FileUtils.forceDelete(file);
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
 
       //Initializes The Object
        User1 user = new User1();
        user.setName("hollis");
        user.setAge(23);
        System.out.println(user);
 
        //Write Obj to File
        ObjectOutputStream oos = null;
        try {
            oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("tempFile"));
            oos.writeObject(user);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            IOUtils.closeQuietly(oos);
        }
 
        //Read Obj from File
        File file = new File("tempFile");
        ObjectInputStream ois = null;
        try {
            ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));
            User1 newUser = (User1) ois.readObject();
            System.out.println(newUser);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            IOUtils.closeQuietly(ois);
            try {
                FileUtils.forceDelete(file);
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
 

使用NIO實現(xiàn)文件的讀取和寫入。

 
static void readNIO() {
		String pathname = "C:\\Users\\adew\\Desktop\\jd-gui.cfg";
		FileInputStream fin = null;
		try {
			fin = new FileInputStream(new File(pathname));
			FileChannel channel = fin.getChannel();
 
			int capacity = 100;// 字節(jié)
			ByteBuffer bf = ByteBuffer.allocate(capacity);
			System.out.println("限制是:" + bf.limit() + "容量是:" + bf.capacity()
					+ "位置是:" + bf.position());
			int length = -1;
 
			while ((length = channel.read(bf)) != -1) {
 
				/*
				 * 注意,讀取后,將位置置為0,將limit置為容量, 以備下次讀入到字節(jié)緩沖中,從0開始存儲
				 */
				bf.clear();
				byte[] bytes = bf.array();
				System.out.write(bytes, 0, length);
				System.out.println();
 
				System.out.println("限制是:" + bf.limit() + "容量是:" + bf.capacity()
						+ "位置是:" + bf.position());
 
			}
 
			channel.close();
 
		} catch (FileNotFoundException e) {
			e.printStackTrace();
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		} finally {
			if (fin != null) {
				try {
					fin.close();
				} catch (IOException e) {
					e.printStackTrace();
				}
			}
		}
	}
 
	static void writeNIO() {
		String filename = "out.txt";
		FileOutputStream fos = null;
		try {
 
			fos = new FileOutputStream(new File(filename));
			FileChannel channel = fos.getChannel();
			ByteBuffer src = Charset.forName("utf8").encode("你好你好你好你好你好");
			// 字節(jié)緩沖的容量和limit會隨著數(shù)據(jù)長度變化,不是固定不變的
			System.out.println("初始化容量和limit:" + src.capacity() + ","
					+ src.limit());
			int length = 0;
 
			while ((length = channel.write(src)) != 0) {
				/*
				 * 注意,這里不需要clear,將緩沖中的數(shù)據(jù)寫入到通道中后 第二次接著上一次的順序往下讀
				 */
				System.out.println("寫入長度:" + length);
			}
 
		} catch (FileNotFoundException e) {
			e.printStackTrace();
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		} finally {
			if (fos != null) {
				try {
					fos.close();
				} catch (IOException e) {
					e.printStackTrace();
				}
			}
		}
	}
 

使用AIO實現(xiàn)文件的讀取和寫入

public class ReadFromFile {
  public static void main(String[] args) throws Exception {
    Path file = Paths.get("/usr/a.txt");
    AsynchronousFileChannel channel = AsynchronousFileChannel.open(file);
 
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(100_000);
    Future<Integer> result = channel.read(buffer, 0);
 
    while (!result.isDone()) {
      ProfitCalculator.calculateTax();
    }
    Integer bytesRead = result.get();
    System.out.println("Bytes read [" + bytesRead + "]");
  }
}
class ProfitCalculator {
  public ProfitCalculator() {
  }
  public static void calculateTax() {
  }
}
 
public class WriteToFile {
 
  public static void main(String[] args) throws Exception {
    AsynchronousFileChannel fileChannel = AsynchronousFileChannel.open(
        Paths.get("/asynchronous.txt"), StandardOpenOption.READ,
        StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.CREATE);
    CompletionHandler<Integer, Object> handler = new CompletionHandler<Integer, Object>() {
 
      @Override
      public void completed(Integer result, Object attachment) {
        System.out.println("Attachment: " + attachment + " " + result
            + " bytes written");
        System.out.println("CompletionHandler Thread ID: "
            + Thread.currentThread().getId());
      }
 
      @Override
      public void failed(Throwable e, Object attachment) {
        System.err.println("Attachment: " + attachment + " failed with:");
        e.printStackTrace();
      }
    };
 
    System.out.println("Main Thread ID: " + Thread.currentThread().getId());
    fileChannel.write(ByteBuffer.wrap("Sample".getBytes()), 0, "First Write",
        handler);
    fileChannel.write(ByteBuffer.wrap("Box".getBytes()), 0, "Second Write",
        handler);
 
  }
}

到此這篇關(guān)于Java中BIO、NIO和AIO的區(qū)別、原理與用法的文章就介紹到這了。希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助,也希望大家多多支持腳本之家。

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