IO 和 NIO 有什么区别？

在 Java 编程中，IO（Input/Output）和 NIO（New Input/Output）是用于处理输入输出操作的两种不同方式，下面将从多个方面详细介绍它们的区别。

1. 概念和设计理念

• IO
  • 传统的 Java IO 是面向流（Stream）的，它是一种阻塞式的 IO 模型。流是一个连续的字节序列，数据只能按照顺序依次进行读写，就像水流一样。
  • 主要分为输入流（InputStream）和输出流（OutputStream），用于处理字节数据；以及字符输入流（Reader）和字符输出流（Writer），用于处理字符数据。
• NIO
  • Java NIO 是从 Java 1.4 开始引入的新的 IO 模型，它是面向缓冲区（Buffer）和通道（Channel）的，采用非阻塞式的 IO 操作。
  • 通道可以看作是数据传输的载体，而缓冲区则是数据的容器，数据在通道中传输时会先被存储在缓冲区中，这样可以更高效地进行数据读写操作。

2. 阻塞和非阻塞

• IO
  • 阻塞式 IO 意味着当一个线程进行读写操作时，该线程会被阻塞，直到读写操作完成。例如，当调用 InputStream.read() 方法时，线程会一直等待，直到有数据可读或者发生异常。
  • 这种阻塞特性使得在处理多个客户端连接时，每个连接都需要一个独立的线程来处理，会消耗大量的系统资源，尤其是在高并发场景下，性能会受到严重影响。
• NIO
  • 非阻塞式 IO 允许线程在进行读写操作时，如果没有数据可读或可写，线程不会被阻塞，而是可以继续执行其他任务。
  • 通过选择器（Selector）可以实现单线程管理多个通道的读写操作，当某个通道有数据可读或可写时，选择器会通知线程进行相应的处理，从而大大提高了系统的并发处理能力。

3. 数据处理方式

• IO
  • 基于流的方式，数据是按字节或字符逐个进行处理的。例如，使用 FileInputStream 读取文件时，每次只能读取一个字节或一组字节，需要手动进行缓冲区的管理。
  • 代码示例：

收起

java

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;

public class IOExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream("test.txt")) {
            int data;
            while ((data = fis.read()) != -1) {
                System.out.print((char) data);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

• NIO
  • 基于缓冲区的方式，数据会先被存储在缓冲区中，然后通过通道进行读写操作。缓冲区提供了一系列的方法来管理数据，如 put()、get() 等。
  • 代码示例：

收起

java

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class NIOExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream("test.txt");
             FileChannel channel = fis.getChannel()) {
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
            while (channel.read(buffer) != -1) {
                buffer.flip();
                while (buffer.hasRemaining()) {
                    System.out.print((char) buffer.get());
                }
                buffer.clear();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

4. 适用场景

• IO
  • 适用于对数据处理简单、并发连接数较少的场景，例如单用户的文件读写操作、简单的网络通信等。
• NIO
  • 适用于高并发、大数据量的场景，如网络服务器、分布式系统等。通过非阻塞 IO 和选择器的机制，可以有效地提高系统的吞吐量和性能。

5. 性能比较

• IO
  • 在并发处理能力方面较差，因为每个连接都需要一个独立的线程来处理，线程的创建和销毁会消耗大量的系统资源。
  • 数据处理效率相对较低，因为是按字节或字符逐个处理，频繁的系统调用会增加开销。
• NIO
  • 并发处理能力强，通过单线程管理多个通道，可以减少线程的创建和销毁，降低系统资源的消耗。
  • 数据处理效率高，基于缓冲区和通道的设计，减少了系统调用的次数，提高了数据传输的效率。

综上所述，IO 和 NIO 在概念、阻塞特性、数据处理方式、适用场景和性能等方面都存在明显的区别。在实际开发中，需要根据具体的需求选择合适的 IO 模型。