浅谈Java中IO和NIO的本质和区别

IO的本质

IO的作用就是从外部系统读取数据到java程序中，或者把java程序中输出的数据写回到外部系统。这里的外部系统可能是磁盘，网络流等等。

因为对所有的外部数据的处理都是由操作系统内核来实现的，对于java应用程序来说，只是调用操作系统中相应的接口方法，从而和外部数据进行交互。

所有IO的本质就是对Buffer的处理，我们把数据放入Buffer供系统写入外部数据，或者从系统Buffer中读取从外部系统中读取的数据。如下图所示：

用户空间也就是我们自己的java程序有一个Buffer，系统空间也有一个buffer。所以会出现系统空间缓存数据的情况，这种情况下系统空间将会直接返回Buffer中的数据，提升读取速度。

DMA和虚拟地址空间

在继续讲解之前，我们先讲解两个操作系统中的基本概念，方便后面我们对IO的理解。

现代操作系统都有一个叫做DMA（Direct memory access）的组件。这个组件是做什么的呢？

一般来说对内存的读写都是要交给CPU来完成的，在没有DMA的情况下，如果程序进行IO操作，那么所有的CPU时间都会被占用，CPU没法去响应其他的任务，只能等待IO执行完成。这在现代应用程序中是无法想象的。

如果使用DMA，则CPU可以把IO操作转交给其他的操作系统组件，比如数据管理器来操作，只有当数据管理器操作完毕之后，才会通知CPU该IO操作完成。现代操作系统基本上都实现了DMA。

虚拟地址空间也叫做（Virtual address space），为了不同程序的互相隔离和保证程序中地址的确定性，现代计算机系统引入了虚拟地址空间的概念。简单点讲可以看做是跟实际物理地址的映射，通过使用分段或者分页的技术，将实际的物理地址映射到虚拟地址空间。

对于上面的IO的基本流程图中，我们可以将系统空间的buffer和用户空间的buffer同时映射到虚拟地址空间的同一个地方。这样就省略了从系统空间拷贝到用户空间的步骤。速度会更快。

同时为了解决虚拟空间比物理内存空间大的问题，现代计算机技术一般都是用了分页技术。

分页技术就是将虚拟空间分为很多个page，只有在需要用到的时候才为该page分配到物理内存的映射，这样物理内存实际上可以看做虚拟空间地址的缓存。

虚拟空间地址分页对IO的影响就在于，IO的操作也是基于page来的。

比较常用的page大小有：1,024, 2,048, 和 4,096 bytes。

IO的分类

IO可以分为File/Block IO和Stream I/O两类。

对于File/Block IO来说，数据是存储在disk中，而disk是由filesystem来进行管理的。我们可以通过filesystem来定义file的名字，路径，文件属性等内容。

filesystem通过把数据划分成为一个个的data blocks来进行管理。有些blocks存储着文件的元数据，有些block存储着真正的数据。

最后filesystem在处理数据的过程中，也进行了分页。filesystem的分页大小可以跟内存分页的大小一致，或者是它的倍数，比如 2,048 或者 8,192 bytes等。

并不是所有的数据都是以block的形式存在的，我们还有一类IO叫做stream IO。

stream IO就像是管道流，里面的数据是序列被消费的。

IO和NIO的区别

java1.0中的IO是流式IO，它只能一个字节一个字节的处理数据，所以IO也叫做Stream IO。

而NIO是为了提升IO的效率而生的，它是以Block的方式来读取数据的。

Stream IO中，input输入一个字节，output就输出一个字节，因为是Stream，所以可以加上过滤器或者过滤器链，可以想想一下web框架中的filter chain。在Stream IO中，数据只能处理一次，你不能在Stream中回退数据。

在Block IO中，数据是以block的形式来被处理的，因此其处理速度要比Stream IO快，同时可以回退处理数据。但是你需要自己处理buffer，所以复杂程度要比Stream IO高。

一般来说Stream IO是阻塞型IO，当线程进行读或者写操作的时候，线程会被阻塞。

而NIO一般来说是非阻塞的，也就是说在进行读或者写的过程中可以去做其他的操作，而读或者写操作执行完毕之后会通知NIO操作的完成。

在IO中，主要分为DataOutPut和DataInput，分别对应IO的out和in。

DataOutPut有三大类，分别是Writer，OutputStream和ObjectOutput。

看下他们中的继承关系：

DataInput也有三大类，分别是ObjectInput，InputStream和Reader。

看看他们的继承关系：

ObjectOutput和ObjectInput类比较少，这里就不列出来了。

统计一下大概20个类左右，搞清楚这20个类的用处，恭喜你java IO你就懂了！

对于NIO来说比较复杂一点，首先，为了处理block的信息，需要将数据读取到buffer中，所以在NIO中Buffer是一个非常中要的概念，我们看下NIO中的Buffer：

从上图我们可以看到NIO中为我们准备了各种各样的buffer类型使用。

另外一个非常重要的概念是channel，channel是NIO获取数据的通道：

NIO需要掌握的类的个数比IO要稍稍多一点，毕竟NIO要复杂一点。

以上就是浅谈Java中IO和NIO的本质和区别的详细内容，更多关于Java中IO和NIO的本质和区别的资料请关注我们其它相关文章！

赞 (0)

相关推荐

  • java中BIO、NIO、AIO都有啥区别

    java中BIO、NIO、AIO都有啥区别

    一.BIO(Blocking IO,也被称作old IO) 同步阻塞模型,一个客户端连接对应一个处理线程 对于每一个新的网络连接都会分配给一个线程,每隔线程都独立处理自己负责的输入和输出, 也被称为Connection Per Thread模式 缺点: 1.IO代码里read操作是阻塞操作,如果连接不做数据读写操作会导致线程阻塞,浪费资源 2.如果线程很多,会导致服务器线程太多,压力太大,比如C10K问题 所谓c10k问题,指的是服务器同时支持成千上万个客户端的问题,也就是concurrent

  • java基础之NIO介绍及使用

    java基础之NIO介绍及使用

    一.NIO java.nio全称java non-blocking IO,是指jdk1.4 及以上版本里提供的新api(New IO) ,为所有的原始类型(boolean类型除外)提供缓存支持的数据容器,使用它可以提供非阻塞式的高伸缩性网络. 二.三大组件 NIO三大组件:Channel.Buffer.Selector 1.Channel 和Buffer Channel是一个对象,可以通过它读取和写入数据.拿 NIO 与原来的 I/O 做个比较,通道就像是流,而且他们面向缓冲区(Buffer)的

  • 详解java NIO之Channel（通道）

    通道(Channel)是java.nio的第二个主要创新.它们既不是一个扩展也不是一项增强,而是全新.极好的Java I/O示例,提供与I/O服务的直接连接.Channel用于在字节缓冲区和位于通道另一侧的实体(通常是一个文件或套接字)之间有效地传输数据. channel介绍 通道是访问I/O服务的导管.I/O可以分为广义的两大类别:File I/O和Stream I/O.那么相应地有两种类型的通道也就不足为怪了,它们是文件(file)通道和套接字(socket)通道.我们看到在api里有一个F

  • 详细了解JAVA NIO之Buffer（缓冲区）

    当我们需要与 NIO Channel 进行交互时, 我们就需要使用到 NIO Buffer, 即数据从 Buffer读取到 Channel 中, 并且从 Channel 中写入到 Buffer 中.缓冲区本质上是一块可以写入数据,然后可以从中读取数据的内存.这块内存被包装成NIO Buffer对象,并提供了一组方法,用来方便的访问该块内存. 缓冲区基础 Buffer 类型有: 缓冲区是包在一个对象内的基础数据的数组,Buffer类相比一般简单数组而言其优点是将数据的内容和相关信息放在一个对象里面

  • Java实现NIO聊天室的示例代码(群聊+私聊)

    Java实现NIO聊天室的示例代码(群聊+私聊)

    功能介绍 功能:群聊+私发+上线提醒+下线提醒+查询在线用户 文件 Utils 需要用maven导入下面两个包 <dependency> <groupId>org.projectlombok</groupId> <artifactId>lombok</artifactId> <version>1.16.18</version> </dependency> <dependency> <group

  • Java非阻塞I/O模型之NIO相关知识总结

    组件说明 (1)Channel:NIO模型中的管道,管道是链接建立和通信的重要组件,我们可以理解管道是一个容器环境,我们所有的I/O的建立读取都可以在这个容器中进行 (2)Selector:NIO中的选择器,NIO是由事件驱动的,当有链接事件或者读取事件发生时,这个事件可以注册到这个选择器上,并且最终被我们检测到. (3)SelectionKey:我们可以在Selector中进行检测是否有SelectionKey产生,并且根据这个SelectionKey中的信息判断时什么事件发生了. 代码说明

  • 简单了解JAVA NIO

    I/O简介 在 Java 编程中,直到最近一直使用 流 的方式完成 I/O.所有 I/O 都被视为单个的字节的移动,通过一个称为 Stream 的对象一次移动一个字节.流 I/O 用于与外部世界接触.它也在内部使用,用于将对象转换为字节,然后再转换回对象. Java NIO即Java Non-blocking IO(Java非阻塞I/O),因为是在Jdk1.4之后增加的一套新的操作I/O工具包,所以一般会被叫做Java New IO.NIO是为提供I/O吞吐量而专门设计,其卓越的性能甚至可以与C

  • Java NIO无法绑定指定IP和端口解决方案

    在使用SNMP4J时,我想指定创建的客户端使用的本地IP和端口,因为在Socket时这是可以的,但是发现无法实现 因为SNMP4J底层的通信是使用NIO实现的,而NIO编程时貌似就不能显示的指定 例如在SNMP4J的DefaultTcpTransportMapping类里面,当作为客户端需要发送消息时,程序首先判断是否创建了这个客户端,如果没有在创建时看到这样的代码: SocketChannel sc = null; try { sc = SocketChannel.open(); sc.con

  • Java NIO 文件通道 FileChannel 用法及原理

    FileChannel 提供了一种通过通道来访问文件的方式,它可以通过带参数 position(int) 方法定位到文件的任意位置开始进行操作,还能够将文件映射到直接内存,提高大文件的访问效率.本文将介绍其详细用法和原理. 1. 通道获取 FileChannel 可以通过 FileInputStream, FileOutputStream, RandomAccessFile 的对象中的 getChannel() 方法来获取,也可以同通过静态方法 FileChannel.open(Path, Op

  • 浅谈Java中IO和NIO的本质和区别

    浅谈Java中IO和NIO的本质和区别

    IO的本质 IO的作用就是从外部系统读取数据到java程序中,或者把java程序中输出的数据写回到外部系统.这里的外部系统可能是磁盘,网络流等等. 因为对所有的外部数据的处理都是由操作系统内核来实现的,对于java应用程序来说,只是调用操作系统中相应的接口方法,从而和外部数据进行交互. 所有IO的本质就是对Buffer的处理,我们把数据放入Buffer供系统写入外部数据,或者从系统Buffer中读取从外部系统中读取的数据.如下图所示: 用户空间也就是我们自己的java程序有一个Buffer,系统

  • 浅谈Java中BIO、NIO和AIO的区别和应用场景

    最近一直在准备面试,为了使自己的Java水平更上一个档次,拜读了李林峰老师的<Netty权威指南>,了解了Java关于IO的发展和最新的技术,真是受益匪浅,现在把我总结的关于BIO.NIO和AIO的区别和应用场景概述一遍. 在此之前,先弄清几个概念: 1.同步:使用同步IO时,Java自己处理IO读写. 2.异步:使用异步IO时,Java将IO读写委托给OS处理,需要将数据缓冲区地址和大小传给OS,完成后OS通知Java处理(回调). 3.阻塞:使用阻塞IO时,Java调用会一直阻塞到读写完成

  • 浅谈Java中的四种引用方式的区别

    强引用.软引用.弱引用.虚引用的概念 强引用(StrongReference) 强引用就是指在程序代码之中普遍存在的,比如下面这段代码中的object和str都是强引用: Object object = new Object(); String str = "hello"; 只要某个对象有强引用与之关联,JVM必定不会回收这个对象,即使在内存不足的情况下,JVM宁愿抛出OutOfMemory错误也不会回收这种对象. 比如下面这段代码: public class Main { publi

  • 浅谈java中BigDecimal的equals与compareTo的区别

    这两天在处理支付金额校验的时候出现了点问题,有个金额比较我用了BigDecimal的equals方法来比较两个金额是否相等,结果导致金额比较出现错误(比如3.0与3.00的比较等). [注:以下所讲都是以sun jdk 1.4.2版本为例,其他版本实现未必一致,请忽略] 首先看一下BigDecimal的equals方法: public boolean equals(Object x){ if (!(x instanceof BigDecimal)) return false; BigDecima

  • 浅谈java中类名.class, class.forName(), getClass()的区别

    Class对象的生成方式如下: 1.类名.class    说明: JVM将使用类装载器, 将类装入内存(前提是:类还没有装入内存),不做类的初始化工作.返回Class的对象 2.Class.forName("类名字符串")  (注:类名字符串是包名+类名) 说明:装入类,并做类的静态初始化,返回Class的对象 3.实例对象.getClass()  说明:对类进行静态初始化.非静态初始化:返回引用o运行时真正所指的对象(因为:子对象的引用可能会赋给父对象的引用变量中)所属的类的Cla

  • 浅谈java中六大时间类的使用和区别

    浅谈java中六大时间类的使用和区别

    java.util.Date java.sql.Date java.sql.Time java.sql.Timestamp java.text.SimpleDateFormat java.util.Calendar java.util.Date日期格式为:年月日时分秒 java.sql.Date日期格式为:年月日 java.sql.Time日期格式为:时分秒 java.sql.Timestamp日期格式为:年月日时分秒纳秒(毫微秒) 从数据库中取出来的日期一般都用getTimestamp()方法

  • 浅谈 java中ArrayList、Vector、LinkedList的区别联系

    以前面试的时候经常会碰到这样的问题.,叫你写一下ArrayList.LinkedList.Vector三者之间的区别与联系:原先一直搞不明白,不知道这三者之间到底有什么区别?哎,惭愧,基础太差啊,木有办法啊委屈 现在得去说说这三者之间的区别与联系了:这三者都是实现了List接口,都拥有List接口里面定义的方法,并且同时拥有Collection接口的方法: ArrayList:采用的是数组的方式进行存储数据的,查询和修改速度快,但是增加和删除速度慢:线程是不同步 LinkedList:采用的是链

  • 浅谈java中字节与字符的区别

    最近在看Java中的IO相关知识,发现对字节和字符的理解还不够.写篇总结记录一下. 一.字节 所谓字节(Byte),是计算机数据存储的一种计量单位.一个二进制位称为比特(bit),8个比特组成一个字节,也就是说一个字节可以用于区分256个整数(0~255).由此我们可以知道,字节本是面向计算机数据存储及传输的基本单位,后续的字符也就是以字节为单位存储的,不同编码的字符占用的字节数不同. 那么在Java中,除了存储的意义外,Java还将字节Byte作为一种基本数据类型,该数据类型在内存中占用一个字

  • 浅谈java中为什么实体类需要实现序列化

    当客户端访问某个能开启会话功能的资源,web服务器就会创建一个HTTPSession对象,每个HTTPSession对象都会占用一定的内存,如果在同一个时间段内访问的用户太多,就会消耗大量的服务器内存,为了解决这个问题我们使用一种技术:session的持久化. 什么是session的持久化? web服务器会把暂时不活动的并且没有失效的HTTPSession对象转移到文件系统或数据库中储存,服务器要用时在把他们转载到内存. 把Session对象转移到文件系统或数据库中储存就需要用到序列化: jav

  • 浅谈java中的路径表示

    1.路径分隔符常用 \\和/两种 2.IO读取文件是可以使用绝对路径和相对路径 使用相对路径是,路径起点为当前项目所文件夹(.) 如需要表示为子路径形式,为 FileReader in=new FileReader(".\\src\\Sample_7_4\\Hello.java"); //建立文件输入流 如使用根路径在不需出现(.) FileWriter out=new FileWriter("Hello.txt",true); 也可出现 FileWriter ou

随机推荐