劍指Offer(類庫)——Java的IO機制

本文主要介紹一下BIO、NIO、AIO

Block-IO：基於字節流的InputStream和OutputStream，基於字符流的Reader和Writer，同時也包括Socket那些java.net包下的類等。

BIO的屬性是同步阻塞的，優點就是寫起來簡單缺點是效率太低。

NonBlock-IO：在JDK4中引入了NIO，它是一種構建多路複用的，同步非阻塞的IO操作提供了Selector、Channel、Buffer等新的抽象，同時提供了更底層的數據操作方式。

下面介紹一個NIO的三大核心：Channels，Buffers，Selectors。
NIO-Channel

Channel有點像流，一個的數據都是從Channel開始然後讀到Buffer中再從Buffer寫到Channel中。

NIO的Channels有以下幾種類型，從方法名可以看出有UDP的Channel有文件Channel還有TCP的Channel：

• FileChannel
• DatagramChannel
• SocketChannel
• ServerSocketChannel

其中，FileChannel中有兩個有意思的方法：

• transferTo：把FileChannel中的數據拷貝到另外一個Channel
• transferFrom：把另外一個Channel中的數據拷貝到FileChannel

該Channel避免了兩次用戶態和內核態之間的上下文切換，即“零拷貝”，效率較高。

NIO-Buffer

有以下幾種類型，進行緩衝流的數據屬性修飾：

• ByteBuffer
• CharBuffer
• DoubleBuffer
• FloatBuffer
• IntBuffer
• LongBuffer
• ShortBuffer
• MappedByteBuffer

NIO-Selector

如果連接打開了多個通道，但是每個通道的流量都很低就可以使用Selector。

另外NIO的底層也採用了IO的多路複用：調用系統級別的select/poll/epoll，意思就是說可以單線程處理多路IO。

然後簡單介紹一下三者以及三者的區別:

支持一個線程所能打開的最大連接數

select：單個進程能打開的最大連接數由FD_SETSIZE宏定義，其大小是32個整數的大小，我們可以對其進行修改，然後重新編譯內核，但是性能無法保證，需要進一步測試

poll：本質上和select沒有區別，但是沒有最大連接數的限制，原因是因爲他是基於鏈表去存儲的

epoll：雖然連接數由上線，但是很大，1G內存的機器可以打開10萬左右的連接

面對文件句柄DF劇增之後也會帶來IO效率問題

select：因爲每次調用的時候都會對連接進行線性遍歷，所以隨着FD的增加會造成遍歷速度的線性下降的性能問題

poll：同上

epoll：由於epoll是根據每個fd上的callback函數來實現的，只有活躍的socket纔會主動調用callback，所以在活躍socket較少的情況下，使用epoll不會有線性下降的性能問題，但是所有socket都很活躍的情況下可能會有性能上的問題

在消息的傳遞方式上

select：內核需要將消息傳遞到用戶空間，需要內核的拷貝工作

poll：同上

通過內核和用戶空間共享一塊內存來實現性能很高

JDK7又引入了AIO：基於事件和回調機制

AIO屬於異步模型，也就是說處理IO的時候可以同時處理別的事情，那我們應該如何進一步加工處理結果呢？

1. 基於回調：實現CompletionHandler接口，調用的時候觸發回調函數;
2. 返回Future：通過isDone()查看是否準備好，通過get()等待返回數據