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Java IO和NIO的基本概念和API详解

作者：冰糖心书房

JavaIO是基于流的阻塞式I/O,适用于低并发场景；JavaNIO是基于通道和缓冲区的非阻塞式I/O,适用于高并发场景

一、 Java IO (Blocking IO)

基本概念

IO 流的分类

按数据传输方向：

按数据传输单位：

核心类和接口

InputStream (字节输入流)：

OutputStream (字节输出流)：

Reader (字符输入流)：

Writer (字符输出流)：

IO 操作流程 (以读取文件为例)

  1. 创建 File 对象： 指定要读取的文件路径。
  2. 创建 FileInputStream 对象： 将 File 对象作为参数传递给 FileInputStream 的构造方法，创建一个 FileInputStream 对象。
  3. 创建 BufferedInputStream 对象 (可选)： 将 FileInputStream 对象作为参数传递给 BufferedInputStream 的构造方法，创建一个 BufferedInputStream 对象，提高读取效率。
  4. 读取数据： 使用 read() 方法从输入流中读取数据。
  5. 关闭流： 在完成读取操作后，务必关闭输入流，释放资源（先关闭 BufferedInputStream，再关闭 FileInputStream）。

代码示例 (读取文件内容)：

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;

public class IOExample {
    public static void main(String[] args) {
        File file = new File("test.txt"); // 替换为你的文件路径

        try (FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
             BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(fis)) { // 使用 try-with-resources 语句，自动关闭流

            byte[] buffer = new byte[1024];
            int bytesRead;

            while ((bytesRead = bis.read(buffer)) != -1) {
                // 处理读取到的数据
                String data = new String(buffer, 0, bytesRead);
                System.out.print(data);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

二、 Java NIO (Non-blocking IO)

基本概念

核心组件

通道 (Channel):

缓冲区 (Buffer):

选择器 (Selector):

NIO 操作流程 (以读取 SocketChannel 数据为例)

  1. 创建 ServerSocketChannel： 监听客户端连接。
  2. 创建 SocketChannel： 接受客户端连接。
  3. 将 SocketChannel 注册到 Selector： 指定要监听的事件（例如 OP_READ, OP_WRITE, OP_CONNECT, OP_ACCEPT）。
  4. 创建 ByteBuffer： 用于存储读取到的数据。
  5. 调用 selector.select() 方法： 阻塞等待有事件发生的通道。
  6. 获取就绪的通道： selector.selectedKeys() 返回所有就绪通道的集合。
  7. 处理事件： 遍历就绪通道的集合，根据不同的事件类型执行相应的操作（例如读取数据、写入数据）。
  8. 读取数据： 调用 channel.read(buffer) 从通道读取数据到缓冲区。
  9. 处理缓冲区数据： 从缓冲区读取数据并进行处理。
  10. 关闭通道和选择器： 在完成操作后，务必关闭通道和选择器，释放资源。

代码示例 (使用 SocketChannel 读取数据)：

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SocketChannel;

public class NIOExample {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1. 创建 SocketChannel
        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
        socketChannel.connect(new InetSocketAddress("www.example.com", 80));
        socketChannel.configureBlocking(false); // 设置为非阻塞模式

        // 2. 创建 ByteBuffer
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

        // 3. 从 Channel 读取数据到 Buffer
        int bytesRead = socketChannel.read(buffer);

        while (bytesRead > 0) {
            // 切换到读模式
            buffer.flip();

            // 4. 从 Buffer 读取数据
            while (buffer.hasRemaining()) {
                System.out.print((char) buffer.get());
            }

            // 清空 Buffer，准备下一次读取
            buffer.clear();
            bytesRead = socketChannel.read(buffer);
        }

        socketChannel.close();
    }
}

三、 Java IO 与 NIO 的区别

特性Java IO (Blocking IO)Java NIO (Non-blocking IO)
数据传输方式基于流 (Stream)基于通道 (Channel) 和缓冲区 (Buffer)
I/O 模型阻塞式 I/O (Blocking I/O)非阻塞式 I/O (Non-blocking I/O)
选择器没有有 (Selector)
API简单易用相对复杂，需要理解通道、缓冲区、选择器等概念
性能性能较低 (高并发下)性能较高 (高并发下)
线程模型通常使用多线程模型 (每个连接一个线程)通常使用单线程多路复用模型 (一个线程管理多个连接)
适用场景低并发、连接数较少的应用，或者可以接受阻塞的场景高并发、连接数较多的应用，需要高性能和非阻塞的场景，例如网络服务器、聊天服务器等

四、 选择哪种 I/O 模式？

总结

Java IO 和 NIO 都是 Java 平台提供的用于进行输入和输出操作的 API。

Java IO 基于流的模型，使用简单但性能较低； Java NIO 基于通道和缓冲区的模型，提供高性能、非阻塞的 I/O 操作。

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持脚本之家。

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