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【Java】NIO和BIO有什么区别?答案:天壤之别

ITWYY 2021-09-29 阅读 165
Java

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【Java】NIO和BIO有什么区别?答案:天壤之别
【Java】NIO不简单呐,Channel、Buffer、Selector

一、什么是NIO

1.概念

NIO是java1.4中引入的,被称为new I/O,也有说是non-blocking I/O,NIO被成为同步非阻塞的IO。

2.跟BIO流的区别

  1. BIO是面向流的,NIO是面向块(缓冲区)的
  2. BIO的流都是同步阻塞的,而NIO同步非阻塞的
  3. NIO会等待数据全部传输过来再让线程处理,BIO是直接让线程等待。
  4. NIO有选择器,而BIO没有。

二、如何使用

这里以文件复制为例

1.代码

public class test {
    public static void main(String[] args){
        try{
            File inFile=new File("C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\study.PNG");
            File outFile=new File("C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\study1.PNG");
            FileInputStream fileInputStream=new FileInputStream(inFile);
            FileOutputStream fileOutputStream=new FileOutputStream(outFile);
            /**
             * RandomAccessFile accessFile=new RandomAccessFile(inFile,"wr");
             *  FileChannel inFileChannel=accessFile.getChannel();
             *  和下面两行代码是一样的,都是可以拿到FileChannel
             */
            FileChannel inFileChannel=fileInputStream.getChannel();
            FileChannel outFileChannel=fileOutputStream.getChannel();

            ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(1024*1024);

            while (inFileChannel.read(buffer)!=-1){
                buffer.flip();
                outFileChannel.write(buffer);
                buffer.clear();
            }
            inFileChannel.close();
            outFileChannel.close();
            fileInputStream.close();
            fileOutputStream.close();
        }catch (Exception e){}

    }
}

我的桌面上的确多了一张一模一样的图片

2.解释

使用NIO的话,需要注意几个步骤:

  1. 打开流
  2. 获取通道
  3. 创建Buffer
  4. 切换到读模式 buffer.flip()
  5. 切换到写模式 buffer.clear();
    其实这里也看不出来它是怎么使用缓冲区的,上面这段代码中的while循环的作用和下面的代码是一样的
 while ((i=fileInputStream.read())!=-1){
                fileOutputStream.write(i);
          }

那我们来检验一下它们的性能吧

3.BIO和NIO的性能区别

代码

我整理了一下代码,把复制文件的功能都整合在方法里了,只需要传入两个文件对象的就可以了

 private static void NIOTest(File inFile,File outFile) {
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        try{
            //创建文件流
            FileInputStream fileInputStream=new FileInputStream(inFile);
            FileOutputStream fileOutputStream=new FileOutputStream(outFile);
            //获取通道
            FileChannel inFileChannel=fileInputStream.getChannel();
            FileChannel outFileChannel=fileOutputStream.getChannel();
            //开辟缓冲区,设置缓冲区大小
            ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate((int)inFile.length());
            //读取
            while (inFileChannel.read(buffer)!=-1){
            //写入
                buffer.flip();
                outFileChannel.write(buffer);
                buffer.clear();
            }
            //关闭通道和流
            inFileChannel.close();
            outFileChannel.close();
            fileInputStream.close();
            fileOutputStream.close();
        }catch (Exception e){}
        System.out.println("NIO: "+(System.currentTimeMillis()-startTime)+"ms");
    }
   private static void IOTest(File inFile,File outFile) {
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        try{
            FileInputStream fileInputStream=new FileInputStream(inFile);
            FileOutputStream fileOutputStream=new FileOutputStream(outFile);
            int i=0;
            byte[] bytes=new byte[(int)inFile.length()];
            while (fileInputStream.read(bytes)!=-1){
                fileOutputStream.write(bytes);
            }
            fileInputStream.close();
            fileOutputStream.close();
        }catch (Exception e){}
        System.out.println("IO: "+(System.currentTimeMillis()-startTime)+"ms");
    }

结果

IO: 2ms
NIO: 5ms

这个文件才一百k,换个大的文件试一下,这里我用了一个六十多M的压缩包

IO: 712ms
NIO: 737ms

结论

根据我的多次实验,发现,在开辟的缓存区大小一样的情况下,NIO并不比IO快
但是,当在处理比较大的文件时,缓存区的大小设置为‘文件大小/8~64’时,NIO比IO快,当然这个范围也不是准确的,有兴趣的可以一个一个去测试,看看那个比较快
而在处理比较小的文件时,无论缓存区的大小设置为多少,NIO都比IO慢
我是根据测试结果来做的的总结,可能文件再大一点就会不一样了,如果有大佬做了其他测试,得出了新结论的话,可以告诉我,我把结论改一下。

——————————————————

后续的补充:
在文件传输方面体现不出NIO的优势,在本地传输文件的话,不存在多个请求,所以这里的BIO和NIO差别不会太大。只有在同时有多个请求过来的情况下,才会体现出NIO的优势,所以NIO一般都是在网络编程中提到的,本地的磁盘IO使用NIO效果甚微,后续有机会的话,我会出一期网络编程的NIO,彻底把Java的NIO讲清楚。

4.selector的使用

只有使用套接字(ServerSocketChannel/SocketChannel)才能真正发挥NIO的非阻塞,但是,我对套接字这些不是很懂,就只好贴个别人写好的客户机和服务器的网址了
NIO的Selector介绍和例子代码
就不献丑了

步骤


画了个图来表示,这是关于selector的配置流程,在循环中根据不同key值所进行的操作,跟上面文件复制的例子差不多了,只不过这里的Channel是通过 key.channel()获得

三、总结

使用NIO比使用BIO繁琐,除开Selector,NIO与BIO之间不同的就是缓冲区有所不同BIO的缓冲区就是一个单纯的数组,而NIO的缓冲区则有很多定位的属性,操作起来也比BIO的数组麻烦
而Selector则让NIO实现了多路复用的功能,通过SelectorKey的迭代器就可以实现对多个Channel的不断轮询,从而实现多路复用

最后,我也有一个问题,一直没有搞懂,就是NIO的非阻塞到底体现在哪里?
是它底层的实现和IO流的不一样?还是因为有了Selector?

——————————————————————

回答:其实这里涉及到了NIO和BIO的底层是怎么运行的,我当时没有搞明白,就留下了这个疑惑,不过现在我就有了答案。拿网络IO来举例,BIO的话,每次网络请求过来之后,服务器都是会为这个请求创建一个线程,这个线程会一直等待这个请求后续的数据,等处理完成后才会销毁这个线程;而NIO,当每次网络请求过来时,服务器不会马上创建一个线程去处理这个请求,而是会交给一个Selector线程,只有这个请求后续的数据全部传输过来后,Selector才会去通知其他其他线程或者创建一个线程来处理这个请求。

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