JAVA NIO学习笔记1 - 架构简介

简介: 最近项目中遇到不少NIO相关知识,之前对这块接触得较少,算是我的一个盲区,打算花点时间学习,简单做一点个人学习总结。 ## 简介 NIO(New IO)是JDK1.4以后推出的全新IO API,相比传统IO方式NIO采用了全新的底层I/O模型。传统IO的设计概念是面向流,而NIO则是面向块。简单点说,传统I/O是基于字节的,所有I/O都被视为单个字节的移动,使用时需先把对象转换为字节码

最近项目中遇到不少NIO相关知识,之前对这块接触得较少,算是我的一个盲区,打算花点时间学习,简单做一点个人学习总结。

简介

NIO(New IO)是JDK1.4以后推出的全新IO API,相比传统IO方式NIO采用了全新的底层I/O模型。传统IO的设计概念是面向流,而NIO则是面向块。简单点说,传统I/O是基于字节的,所有I/O都被视为单个字节的移动,使用时需先把对象转换为字节码;而NIO是面向块的,以块为单位处理数据,每个操作会生成或消费一个块的数据。从设计理念来看,NIO的操作粒度要比传统IO大很多,采用这种方式性能有很大提高,但也牺牲了java操作的优雅和简洁。

核心模块

Java NIO 由以下三个核心模块组成:

  • Selector
  • Channel
  • Buffer

selector_2016_10_29_2_17_48_shanbiao_jsb

Selector

线程的花销很大,selector帮助开发者突破IO的瓶颈,它提供了单线程处理多个 Channel的机制。如果你的应用打开了多个连接(通道),但每个连接的流量都很低,使用Selector就会很方便。

这是在一个单线程中使用一个Selector处理3个Channel的图示:

overview_selectors

要使用Selector,得先向Selector注册Channel,然后调用它的select()方法。这个方法会一直阻塞到某个注册的通道有事件就绪。一旦这个方法返回,线程就可以处理这些事件,事件的例子有如新连接进来,数据接收等。

使用Selector,先得向Selector注册Channel,然后调用它的select()方法,这个方法会一直阻塞直到某个注册的通道有事件就绪。一旦这个方法返回,线程就可以处理这些事件。

Channel

Channel是一个对象,可以通过它读取和写入数据,所有的IO在NIO中都从一个Channel 开始。Channel中的数据要么写入Buffer,要么从Buffer读取。拿 NIO 与原来的 I/O 做个比较,Channel就像是流。所有数据都通过Buffer对象来处理,NIO不会将字节直接写入通道中,相反,它是将数据写入包含一个或者多个字节的缓冲区。同样,您不会直接从通道中读取字节,而是将数据从通道读入缓冲区,再从缓冲区获取这个字节。
通道与流的不同之处在于通道是双向的,而流只是在一个方向上移动(一个流必须是 InputStream 或者 OutputStream 的子类), 而 通道可以用于读、写或者同时用于读写。因此,通道可以比流更好地反映底层操作系统的真实情况。特别是在UNIX模型中,底层操作系统通道是双向的。

常用的Channel:

  • FileChannel:File
  • DatagramChannel:UDP
  • ScoketChannel:TCP
  • ServerSocketChannel:监听TCP连接

Buffer

Buffer与Channel的关系如下图:

scatter

Buffer也是NIO的一个亮点,传统的IO操作面向数据流,意味着每次从流中读一个或多个字节,直至完成,数据没有被缓存在任何地方。NIO操作面向缓冲区,数据从Channel读取到Buffer缓冲区,随后在Buffer中处理数据。

Buffer其实就是一块缓存区,内部使用字节数组存储数据,并维护几个特殊变量,实现数据的反复利用。

目前Buffer的实现类有以下几种:

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

这些都是抽象类,针对各自的应用场景,下面又有很多子类,功能强大。

思考总结

一般我们在工作中遇到NIO相关的场景时,大多都有封装好的三方库,但并不是说就没必要了解其实现原理,知其然而不知其所以然用着也会心虚。

另外,学习优秀的开源项目是提升个人能力的一个有效方法,研究源码可以从以下几个点入手(个人认为):

  • 架构文档 (在脑中建立框架图)
  • 示例代码与单元测试(知道具体接口使用细节)
  • 具体模块实现代码(数据结构 - public方法 - private方法)
目录
相关文章
|
5天前
|
自然语言处理 JavaScript Java
《鸿蒙HarmonyOS应用开发从入门到精通(第2版)》学习笔记——HarmonyOS架构介绍
HarmonyOS采用分层架构设计,从下至上分为内核层、系统服务层、框架层和应用层。内核层支持多内核设计与硬件驱动;系统服务层提供核心能力和服务;框架层支持多语言开发;应用层包括系统及第三方应用,支持跨设备调度,确保一致的用户体验。
120 81
|
26天前
|
存储 JavaScript Java
Java 中的 String Pool 简介
本文介绍了 Java 中 String 对象及其存储机制 String Pool 的基本概念,包括字符串引用、构造方法中的内存分配、字符串文字与对象的区别、手工引用、垃圾清理、性能优化,以及 Java 9 中的压缩字符串特性。文章详细解析了 String 对象的初始化、内存使用及优化方法,帮助开发者更好地理解和使用 Java 中的字符串。
Java 中的 String Pool 简介
|
13天前
|
监控 Java API
探索Java NIO:究竟在哪些领域能大显身手?揭秘原理、应用场景与官方示例代码
Java NIO(New IO)自Java SE 1.4引入,提供比传统IO更高效、灵活的操作,支持非阻塞IO和选择器特性,适用于高并发、高吞吐量场景。NIO的核心概念包括通道(Channel)、缓冲区(Buffer)和选择器(Selector),能实现多路复用和异步操作。其应用场景涵盖网络通信、文件操作、进程间通信及数据库操作等。NIO的优势在于提高并发性和性能,简化编程;但学习成本较高,且与传统IO存在不兼容性。尽管如此,NIO在构建高性能框架如Netty、Mina和Jetty中仍广泛应用。
26 3
|
20天前
|
存储 监控 Java
Java的NIO体系
通过本文的介绍,希望您能够深入理解Java NIO体系的核心组件、工作原理及其在高性能应用中的实际应用,并能够在实际开发中灵活运用这些知识,构建高效的Java应用程序。
31 5
|
2月前
|
存储 安全 Java
系统安全架构的深度解析与实践:Java代码实现
【11月更文挑战第1天】系统安全架构是保护信息系统免受各种威胁和攻击的关键。作为系统架构师,设计一套完善的系统安全架构不仅需要对各种安全威胁有深入理解,还需要熟练掌握各种安全技术和工具。
162 10
|
2月前
|
消息中间件 缓存 Java
java nio,netty,kafka 中经常提到“零拷贝”到底是什么?
零拷贝技术 Zero-Copy 是指计算机执行操作时,可以直接从源(如文件或网络套接字)将数据传输到目标缓冲区, 而不需要 CPU 先将数据从某处内存复制到另一个特定区域,从而减少上下文切换以及 CPU 的拷贝时间。
java nio,netty,kafka 中经常提到“零拷贝”到底是什么?
|
3月前
|
Kubernetes 调度 算法框架/工具
NVIDIA Triton系列02-功能与架构简介
本文介绍了NVIDIA Triton推理服务器的功能与架构,强调其不仅适用于大型服务类应用,还能广泛应用于各类推理场景。Triton支持多种模型格式、查询类型和部署方式,具备高效的模型管理和优化能力,确保高性能和系统稳定性。文章详细解析了Triton的主从架构,包括模型仓库、客户端应用、通信协议和推理服务器的核心功能模块。
106 1
NVIDIA Triton系列02-功能与架构简介
|
3月前
|
Java
让星星⭐月亮告诉你,Java NIO之Buffer详解 属性capacity/position/limit/mark 方法put(X)/get()/flip()/compact()/clear()
这段代码演示了Java NIO中`ByteBuffer`的基本操作,包括分配、写入、翻转、读取、压缩和清空缓冲区。通过示例展示了`position`、`limit`和`mark`属性的变化过程,帮助理解缓冲区的工作原理。
40 2
|
4月前
|
存储 网络协议 Java
Java NIO 开发
本文介绍了Java NIO(New IO)及其主要组件,包括Channel、Buffer和Selector,并对比了NIO与传统IO的优势。文章详细讲解了FileChannel、SocketChannel、ServerSocketChannel、DatagramChannel及Pipe.SinkChannel和Pipe.SourceChannel等Channel实现类,并提供了示例代码。通过这些示例,读者可以了解如何使用不同类型的通道进行数据读写操作。
Java NIO 开发
|
3月前
|
存储 分布式计算 Hadoop
Hadoop-33 HBase 初识简介 项目简介 整体架构 HMaster HRegionServer Region
Hadoop-33 HBase 初识简介 项目简介 整体架构 HMaster HRegionServer Region
70 2

热门文章

最新文章