引言
Java NIO（New IO）是從Java 1.4版本開始引入的一個新的IO API，可以替代標準的Java IO API。本系列教程將有助於你學習和理解Java NIO。
一丶背景知識
同步、異步、阻塞、非阻塞
首先，這幾個概念非常容易搞混淆，但NIO中又有涉及，所以總結一下[1]。
1丶同步：API調用返回時調用者就知道操作的結果如何了（實際讀取/寫入了多少字節）。
2丶異步：相對於同步，API調用返回時調用者不知道操作的結果，後面才會回調通知結果。
3丶阻塞：當無數據可讀，或者不能寫入所有數據時，掛起當前線程等待。
4丶非阻塞：讀取時，可以讀多少數據就讀多少然後返回，寫入時，可以寫入多少數據就寫入多少然後返回。
對於I/O操作，根據Oracle官網的文檔，同步異步的劃分標準是“調用者是否需要等待I/O操作完成”，這個“等待I/O操作完成”的意思不是指一定要讀取到數據或者說寫入所有數據，而是指真正進行I/O操作時，比如數據在TCP/IP協議棧緩衝區和JVM緩衝區之間傳輸的這段時間，調用者是否要等待。
所以，我們常用的 read() 和 write() 方法都是同步I/O，同步I/O又分為阻塞和非阻塞兩種模式，如果是非阻塞模式，檢測到無數據可讀時，直接就返回了，並沒有真正執行I/O操作。
總結就是，Java中實際上只有 同步阻塞I/O、同步非阻塞I/O 與 異步I/O 三種機制，我們下文所說的是前兩種，JDK 1.7才開始引入異步 I/O，那稱之為NIO.2。
二丶傳統IO
我們知道，一個新技術的出現總是伴隨著改進和提升，Java NIO的出現亦如此。
傳統 I/O 是阻塞式I/O，主要問題是系統資源的浪費。比如我們為了讀取一個TCP連接的數據，調用 InputStream 的 read() 方法，這會使當前線程被掛起，直到有數據到達才被喚醒，那該線程在數據到達這段時間內，佔用著內存資源（存儲線程棧）卻無所作為，也就是俗話說的佔著茅坑不拉屎，為了讀取其他連接的數據，我們不得不啟動另外的線程。在併發連接數量不多的時候，這可能沒什麼問題，然而當連接數量達到一定規模，內存資源會被大量線程消耗殆盡。另一方面，線程切換需要更改處理器的狀態，比如程序計數器、寄存器的值，因此非常頻繁的在大量線程之間切換，同樣是一種資源浪費。
隨著技術的發展，現代操作系統提供了新的I/O機制，可以避免這種資源浪費。基於此，誕生了Java NIO，NIO的代表性特徵就是非阻塞I/O。緊接著我們發現，簡單的使用非阻塞I/O並不能解決問題，因為在非阻塞模式下，read()方法在沒有讀取到數據時就會立即返回，不知道數據何時到達的我們，只能不停的調用read()方法進行重試，這顯然太浪費CPU資源了，從下文可以知道，Selector組件正是為解決此問題而生。
三丶Java NIO 核心組件
1.Channel
概念
Java NIO中的所有I/O操作都基於Channel對象，就像流操作都要基於Stream對象一樣，因此很有必要先了解Channel是什麼。以下內容摘自JDK 1.8的文檔
A channel represents an open connection to an entity such as a hardware device, a file, a network socket, or a program component that is capable of performing one or more distinct I/O operations, for example reading or writing.
從上述內容可知，一個Channel（通道）代表和某一實體的連接，這個實體可以是文件、網絡套接字等。也就是說，通道是Java NIO提供的一座橋樑，用於我們的程序和操作系統底層I/O服務進行交互。
通道是一種很基本很抽象的描述，和不同的I/O服務交互，執行不同的I/O操作，實現不一樣，因此具體的有FileChannel、SocketChannel等。
通道使用起來跟Stream比較像，可以讀取數據到Buffer中，也可以把Buffer中的數據寫入通道。
當然，也有區別，主要體現在如下兩點：
1丶一個通道，既可以讀又可以寫，而一個Stream是單向的（所以分 InputStream 和 OutputStream）
2丶通道有非阻塞I/O模式
實現
Java NIO中最常用的通道實現是如下幾個，可以看出跟傳統的 I/O 操作類是一一對應的。
1丶FileChannel：讀寫文件
2丶DatagramChannel: UDP協議網絡通信
3丶SocketChannel：TCP協議網絡通信
4丶ServerSocketChannel：監聽TCP連接
2.Buffer
NIO中所使用的緩衝區不是一個簡單的byte數組，而是封裝過的Buffer類，通過它提供的API，我們可以靈活的操縱數據，下面細細道來。
與Java基本類型相對應，NIO提供了多種 Buffer 類型，如ByteBuffer、CharBuffer、IntBuffer等，區別就是讀寫緩衝區時的單位長度不一樣（以對應類型的變量為單位進行讀寫）。
Buffer中有3個很重要的變量，它們是理解Buffer工作機制的關鍵，分別是
1丶capacity （總容量）
2丶position （指針當前位置）
3丶limit （讀/寫邊界位置）
Buffer的工作方式跟C語言裡的字符數組非常的像，類比一下，capacity就是數組的總長度，position就是我們讀/寫字符的下標變量，limit就是結束符的位置。Buffer初始時3個變量的情況如下圖
在對Buffer進行讀/寫的過程中，position會往後移動，而 limit 就是 position 移動的邊界。由此不難想象，在對Buffer進行寫入操作時，limit應當設置為capacity的大小，而對Buffer進行讀取操作時，limit應當設置為數據的實際結束位置。（注意：將Buffer數據 寫入 通道是Buffer 讀取 操作，從通道 讀取 數據到Buffer是Buffer 寫入 操作）
在對Buffer進行讀/寫操作前，我們可以調用Buffer類提供的一些輔助方法來正確設置 position 和 limit 的值，主要有如下幾個
1丶flip(): 設置 limit 為 position 的值，然後 position 置為0。對Buffer進行讀取操作前調用。
2丶rewind(): 僅僅將 position 置0。一般是在重新讀取Buffer數據前調用，比如要讀取同一個Buffer的數據寫入多個通道時會用到。
3丶clear(): 回到初始狀態，即 limit 等於 capacity，position 置0。重新對Buffer進行寫入操作前調用。
4丶compact(): 將未讀取完的數據（position 與 limit 之間的數據）移動到緩衝區開頭，並將 position 設置為這段數據末尾的下一個位置。其實就等價於重新向緩衝區中寫入了這麼一段數據。
四丶核心概念：通道和緩衝區
1) 概述：
通道和緩衝區是NIO中的核心對象，幾乎在每一個I/O操作中都要使用它們。
通道Channel是對原I/O包中的流的模擬。到任何目的地(或來自任何地方)的所有數據都必須通過一個Channel對象。
緩衝區Buffer實質上是一個容器對象。發送給一個通道的所有對象都必須首先放到緩衝區中；同樣地，從通道中讀取的任何數據都要讀到緩衝區中。
2) 緩衝區：
Buffer是一個容器對象，它包含一些要寫入或者剛讀出的數據。在NIO中加入Buffer對象，體現了新庫與原I/O的一個重要區別。在面向流的I/O中，您將數據直接寫入或者將數據直接讀到Stream對象中。
在NIO庫中，所有數據都是用緩衝區處理的。在讀取數據時，它是直接讀到緩衝區中的。在寫入數據時，它是寫入到緩衝區中的。任何時候訪問NIO中的數據，您都是將它放到緩衝區中。
緩衝區實質上是一個數組。通常它是一個字節數組，但是也可以使用其他種類的數組。但是一個緩衝區不僅僅是一個數組。緩衝區提供了對數據的結構化訪問，而且還可以跟蹤系統的讀/寫進程。
最常用的緩衝區類型是ByteBuffer。 一個ByteBuffer可以在其底層字節數組上進行get/set操作(即字節的獲取和設置)。
ByteBuffer不是NIO中唯一的緩衝區類型。事實上，對於每一種基本Java類型都有一種緩衝區類型：
ByteBuffer
CharBuffer
ShortBuffer
IntBuffer
LongBuffer
FloatBuffer
DoubleBuffer
每一個Buffer類都是Buffer接口的一個實例。 除了ByteBuffer， 每一個Buffer類都有完全一樣的操作，只是它們所處理的數據類型不一樣。因為大多數標準I/O操作都使用ByteBuffer，所以它具有所有共享的緩衝區操作以及一些特有的操作。
五丶Java NIO和IO的主要區別
下表總結了Java NIO和IO之間的主要差別，我會更詳細地描述表中每部分的差異。
IO NIO
Stream oriented Buffer oriented
Blocking IO Non blocking IO
Selectors
面向流與面向緩衝
Java NIO和IO之間第一個最大的區別是，IO是面向流的，NIO是面向緩衝區的。 Java IO面向流意味著每次從流中讀一個或多個字節，直至讀取所有字節，它們沒有被緩存在任何地方。此外，它不能前後移動流中的數據。如果需要前後移動從流中讀取的數據，需要先將它緩存到一個緩衝區。 Java NIO的緩衝導向方法略有不同。數據讀取到一個它稍後處理的緩衝區，需要時可在緩衝區中前後移動。這就增加了處理過程中的靈活性。但是，還需要檢查是否該緩衝區中包含所有您需要處理的數據。而且，需確保當更多的數據讀入緩衝區時，不要覆蓋緩衝區裡尚未處理的數據。
阻塞與非阻塞IO
Java IO的各種流是阻塞的。這意味著，當一個線程調用read() 或 write()時，該線程被阻塞，直到有一些數據被讀取，或數據完全寫入。該線程在此期間不能再幹任何事情了。 Java NIO的非阻塞模式，使一個線程從某通道發送請求讀取數據，但是它僅能得到目前可用的數據，如果目前沒有數據可用時，就什麼都不會獲取。而不是保持線程阻塞，所以直至數據變的可以讀取之前，該線程可以繼續做其他的事情。 非阻塞寫也是如此。一個線程請求寫入一些數據到某通道，但不需要等待它完全寫入，這個線程同時可以去做別的事情。 線程通常將非阻塞IO的空閒時間用於在其它通道上執行IO操作，所以一個單獨的線程現在可以管理多個輸入和輸出通道（channel）。
選擇器（Selectors）
Java NIO的選擇器允許一個單獨的線程來監視多個輸入通道，你可以註冊多個通道使用一個選擇器，然後使用一個單獨的線程來“選擇”通道：這些通道里已經有可以處理的輸入，或者選擇已準備寫入的通道。這種選擇機制，使得一個單獨的線程很容易來管理多個通道。
NIO和IO如何影響應用程序的設計
無論您選擇IO或NIO工具箱，可能會影響您應用程序設計的以下幾個方面：
對NIO或IO類的API調用。
數據處理。
用來處理數據的線程數。
API調用
當然，使用NIO的API調用時看起來與使用IO時有所不同，但這並不意外，因為並不是僅從一個InputStream逐字節讀取，而是數據必須先讀入緩衝區再處理。
數據處理
使用純粹的NIO設計相較IO設計，數據處理也受到影響。
總結
以 上就是對
JAVA開發NIO核心設計理念與IO的區別解析問題及其優化總結，分享給大家，希望大家可以瞭解什麼是JAVA開發NIO核心設計理念與IO的區別解析問題及其優化。覺得收穫的話可以點個關注收藏轉發一波喔，謝謝大佬們支持！
1、多寫多敲代碼，好的代碼與紮實的基礎知識一定是實踐出來的
2、可以去百度搜索騰訊課堂圖靈學院的視頻來學習一下java架構實戰案例，還挺不錯的。
最後，每一位讀到這裡的網友，感謝你們能耐心地看完。希望在成為一名更優秀的Java程序員的道路上，我們可以一起學習、一起進步。
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