剑指Offer(类库)——Java的IO机制

本文主要介绍一下BIO、NIO、AIO

Block-IO：基于字节流的InputStream和OutputStream，基于字符流的Reader和Writer，同时也包括Socket那些java.net包下的类等。

BIO的属性是同步阻塞的，优点就是写起来简单缺点是效率太低。

NonBlock-IO：在JDK4中引入了NIO，它是一种构建多路复用的，同步非阻塞的IO操作提供了Selector、Channel、Buffer等新的抽象，同时提供了更底层的数据操作方式。

下面介绍一个NIO的三大核心：Channels，Buffers，Selectors。
NIO-Channel

Channel有点像流，一个的数据都是从Channel开始然后读到Buffer中再从Buffer写到Channel中。

NIO的Channels有以下几种类型，从方法名可以看出有UDP的Channel有文件Channel还有TCP的Channel：

• FileChannel
• DatagramChannel
• SocketChannel
• ServerSocketChannel

其中，FileChannel中有两个有意思的方法：

• transferTo：把FileChannel中的数据拷贝到另外一个Channel
• transferFrom：把另外一个Channel中的数据拷贝到FileChannel

该Channel避免了两次用户态和内核态之间的上下文切换，即“零拷贝”，效率较高。

NIO-Buffer

有以下几种类型，进行缓冲流的数据属性修饰：

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

NIO-Selector

如果连接打开了多个通道，但是每个通道的流量都很低就可以使用Selector。

另外NIO的底层也采用了IO的多路复用：调用系统级别的select/poll/epoll，意思就是说可以单线程处理多路IO。

然后简单介绍一下三者以及三者的区别:

支持一个线程所能打开的最大连接数

select：单个进程能打开的最大连接数由FD_SETSIZE宏定义，其大小是32个整数的大小，我们可以对其进行修改，然后重新编译内核，但是性能无法保证，需要进一步测试

poll：本质上和select没有区别，但是没有最大连接数的限制，原因是因为他是基于链表去存储的

epoll：虽然连接数由上线，但是很大，1G内存的机器可以打开10万左右的连接

面对文件句柄DF剧增之后也会带来IO效率问题

select：因为每次调用的时候都会对连接进行线性遍历，所以随着FD的增加会造成遍历速度的线性下降的性能问题

poll：同上

epoll：由于epoll是根据每个fd上的callback函数来实现的，只有活跃的socket才会主动调用callback，所以在活跃socket较少的情况下，使用epoll不会有线性下降的性能问题，但是所有socket都很活跃的情况下可能会有性能上的问题

在消息的传递方式上

select：内核需要将消息传递到用户空间，需要内核的拷贝工作

poll：同上

通过内核和用户空间共享一块内存来实现性能很高

JDK7又引入了AIO：基于事件和回调机制

AIO属于异步模型，也就是说处理IO的时候可以同时处理别的事情，那我们应该如何进一步加工处理结果呢？

1. 基于回调：实现CompletionHandler接口，调用的时候触发回调函数;
2. 返回Future：通过isDone()查看是否准备好，通过get()等待返回数据