Java IO編程全解（一）——Java的I/O演進之路

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　　JDK1.4之前的早期版本，Java對I/O的支持並不完善，開發人員在開發高性能I/O程序的時候，會面臨一些巨大的挑戰和困難，主要問題如下：

• 沒有數據緩沖區，I/O性能存在問題；
• 沒有C或者C++中的Channel概念，只有輸入和輸出流；
• 同步阻塞式I/O通信（BIO），通常會導致通信線程被長時間阻塞；
• 支持的字符集有限，硬件可移植性不好。

　　在Java支持異步I/O之前的很長一段時間里，高性能服務端開發領域一直被C++和C長期占據，Java的同步阻塞I/O被大家所詬病。

 

　　在JDK1.4推出Java NIO之前，基於Java的所有Socket通信都采用了同步阻塞模式（BIO），這種一請求一應答的通信模型簡化了上層的應用開發，但是在性能和可靠性方面卻存在着巨大的瓶頸。因此，在很長一段時間里，大型的應用服務器都采用C或者C++語言開發，因為它們可以直接使用操作系統提供的異步I/O或者AIO能力。當並發訪問量增大、響應時間延遲增大之后，采用Java BIO開發的服務端軟件只有通過硬件的不斷擴容來滿足高並發和延時，極大地增加了企業的成本，並且隨着集群規模的不斷膨脹，系統的可維護性也面臨巨大的挑戰，只能通過采購性能更高的硬件服務器來解決問題，這會導致惡性循環。

　　正是由於Java傳統BIO的拙劣表現，才使得Java支持非阻塞I/O的呼聲日漸高漲，最終，JDK1.4版本提供了新的NIO類庫，Java終於也可以支持非阻塞I/O了。

 

　　JDK1.4推出 NIO 1.0 。新增java.nio包，提供了很多進行異步I/O開發的API和類庫，主要的類和接口如下。

• 進行異步I/O操作的緩沖區ByteBuffer等；
• 進行異步I/O操作的管道Pipe；
• 進行各種I/O操作（異步或者同步）的Channel，包括ServerSocketChannel和SocketChannel;
• 多種字符集的編碼能力和解碼能力；
• 實現非阻塞I/O操作的多路復用器selector;
• 基於流行的Perl實現的正則表達式類庫；
• 文件通道FileChannel。

　　新的NIO類庫的提供，極大地促進了基於Java的異步非阻塞編程的發展和應用，但是，它依然有不完善的地方，特別是對文件系統的處理能力仍顯不足，主要問題如下。

• 沒有統一的文件屬性（例如讀寫權限）；
• API能力比較弱，例如目錄的級聯創建和遞歸遍歷，往往需要自己實現；
• 底層存儲系統的一些高級API無法使用；
• 所有的文件操作都是同步阻塞調用，不支持異步文件讀寫操作。

　　JDK1.7推出 NIO 2.0。主要提供了如下三個方面的改進。

• 提供能夠批量獲取文件屬性的API，這些API具有平台無關性，不與特性的文件系統相耦合，另外它還提供了標准文件系統的SPI，供各個服務商擴展實現；
• 提供AIO功能，支持基於文件的異步I/O操作和針對網絡套接字的異步操作；
• 完成JSR定義的通道功能，包括對配置和多播數據報的支持等。

 　　到目前為止大家對Java的I/O演進有了一個更加直觀的認識。后面將會對阻塞I/O和非阻塞I/O進行詳細講解，同時給出代碼示例。大家就能夠對傳統的阻塞I/O的弊端和非阻塞I/O的優點有更加深刻的體會。

Java IO編程全解（二）——傳統的BIO編程

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