首先，我们先澄清一些基本概念：1，区分同步或异步（synchronous/asynchronous）。简单的说，同步是一种可靠的有序运行机制，当我们进行同步操作时，后续的任务是等待当前调用返回，才会进行下一步；而异步则相反，其他任务不需要等待当前调用返回，通常依靠事件，回调等机制来实现任务间次序关系。2，区分阻塞与非阻塞（blocking/non-blocking）。在进行阻塞操作时，当前线程会处于阻塞状态，无法从事其他任务，只有当条件就绪才能继续，比如 ServerSocket 新连接建立完毕，或数据读取，写入操作完成；而非阻塞则是不管 IO 操作是否结束，直接返回，相应操作在后台继续处理。不能一概而论认为同步或阻塞就是低效，具体还要看应用和系统特征。
第一，IO
Java IO 有很多种，基于不同的 IO 抽象模型和交互方式，可以进行简单区分。首先，传统的 java,io 包，它基于流模型实现，提供了我们最熟知的一些 IO 功能，比如 File 抽象，输入输出流等。交互方式是同步，阻塞的方式，也就是说，在读取输入流或者写入输出流时，在读，写动作完成之前，线程会一直阻塞在哪里，它们之间的调用时可靠的线性顺序。java.io 包的好处是代码比较简单，直观，缺点是 IO 效率和扩展性存在局限性，容易成为应用性能的瓶颈。很多时候，大家把 java.net 下面提供的部分网络 API，比如 Socket，ServerSocket，HttpURLConnection 也归类到同步阻塞 IO 类库，因为网络通信同样是 IO 行为。
对于 IO 的理解我认为至少得需要理解下面几点：1， IO 不仅仅是对文件的操作，网络编程中，比如 Socket 通信，都是典型的 IO 操作目标。2，输入/输出流（InputStreanm/OutputStream）是用于读取或者写入字节的。3，Reader/Writer 则是用于操作字符，增加了字符编解码等功能，适用于类似从文件中读取或者写入文本信息。本质上计算机操作的都是字节，不管是网络通信还是文件读取，Reader/Writer 相当于构建了应用逻辑和原始数据之间的桥梁。4，BufferedOutputStream 等带缓冲区的实现，可以避免频繁的磁盘读写，进而提高 IO 处理效率。这种设计利用了缓冲区，将批量数据进行一次操作，但在使用中千万别忘记了 flush。5，很多 IO 工具类都实现了 Closeable 接口，因为需要进行资源的释放。比如，打开 FileInputStream，它就会获取相应的文件描述符（FileDescriptor），需要利用 try-with-resources，try-finally 等机制保证FileInputStream 被明确关闭，进而相应文件描述符也会失效，否则将导致资源无法被释放。看下图：
第二，NIO
在 java 1.4 中引入了 NIO 框架 （java.nio 包），提供了 Channel，Selector，Buffer 等新的抽象，可以构建多路复用的，同步非阻塞 IO 程序，同时提供了更接近操作系统底层的高性能数据操作方式。在 java 7 中，NIO 有了进一步的改进，也就是 NIO 2，引入了异步非阻塞 IO 方式，也有很多人叫它 AIO（Asynchronous IO）。异步 IO 操作基于事件和回调机制，可以简单理解为，应用操作直接返回，而不是阻塞在哪里，当后台处理完成，操作系统会通知相应线程进行后续工作。
对于 NIO 的理解我认为至少得需要理解下面几部分：1，Buffer，高效的数据容器，除了布尔类型，所有原始数据类型都有相应的 Buffer 实现。2，Channel，类似在 Linux 之类操作系统上看到的文件描述符，是 NIO 中被用来支持批量式 IO 操作的一种抽象。3，File 或者 Socket，通常被认为是比较高层次的抽象，而 Channel 则是更加操作系统底层的一种抽象，这也使得 NIO 得以充分利用现代操作系统底层机制，获得特定场景的性能优化。不同层次的抽象是相互关联的，我们可以通过 Socket 获取 Channel，反之亦然。4，Selector，是 NIO 实现多路复用的基础，它提供了一种高效的机制，可以检测到注册在 Selector 上的多个 Channel 中，是否有 Channel 处于就绪状态，进而实现了单线程对多 Channel 的高效管理。Selector 同样基于底层操作系统机制，不同模式，不同版本都存在区别。
网友评论