1、1使用 NIO 提高 Java 应用输入输出性能摘要：文章介绍了 I/O 在计算机系统中的重要性，指出 Java 语言早期的 Stream 式 I/O 模型存在性能问题，引出 NIO 模型及其两个关键接口 Channel 和 Buffer，介绍了它们的创建和使用方法，并从源代码的角度给出其具体说明。 关键词：输入输出 NIO 块操作 Channel Buffer 0 引言 I/O 是“输入输出”的英文缩写，指系统间数据交换的过程。I/O 系统是计算机系统的重要组成部分，承担着计算机系统内部之间或与外部沟通的桥梁。由于其重要性，现代操作系统均内置了 I/O 操作的底层实现，软件开发人员的任务是设
2、计具体的调用形式和过程。 在早期的 Java 语言中，I/O 操作主要依靠 Stream 模型实现，类库中包含了一些特色鲜明的 Stream 类供开发人员反复利用。该模型将 I/O 看作字节的单列顺序移动，这种思想便于软件开发人员学习和使用，能够方便地建立编程框架，编写出简洁而优美的代码。但是，有一个不容忽视的问题在数据密集型应用中，通常不能满足性能需求，这是因为Stream 模型每次只读取一个字节。当时，开发人员通过编写 Native 代码绕过 Stream 模型，缺点是付出安全性和可移植性等方面的代价。 为了解决上述问题，Java 语言引入了 NIO，它以标准 Java 代码的方式弥补了
3、Stream 模型的不足，并提供了一些新的功能。 21 NIO 简介 NIO 是“新的输入输出”的英文缩写，通过利用操作系统的底层优化，以块的方式实现高速的 I/O 操作。它为所有的原始类型提供 Buffer 支持、字符集编码解码解决方案、锁功能、内存映射文件以及多路非阻塞式网络 I/O 。NIO 的核心是 Channel 和 Buffer 两个接口，几乎在每个 I/O操作中都要使用它们。 2 Buffer 与 Channel 在 NIO 中，所有数据都是缓冲处理的，Buffer 接口充当着容器的角色。本质上，Buffer 实现类包装一个特定长度的基本数据类型数组，提供高级的访问方法，跟踪读、
4、写进程。在 I/O 操作时，数据首先进入Buffer 对象，然后从 Buffer 对象中读取或者向其中写入。 Channel 的角色类似于 Stream，但前者有两个明显优势，其一是可以一次读取或写入一个 Buffer 的数据而非一个 Byte；其二是 Channel 是双向的，既可以读，也可以写，甚至同时读和写，这更符合一些操作系统的底层实现。 3 输入数据 这里以读入文件数据为例说明 NIO 输入功能的使用方法，分为三个简单步骤。第一步，获取 FileChannel： FileInputStream fis = new FileInputStream（ “foo“ ） ； FileChan
5、nel fc = fis.getChannel（） ； 第二步，创建一个缓冲区，缓冲区的类型和大小依实际需求而定，这里创建一个可容纳 1024 字节的缓冲区： 3ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate（ 1024 ） ； 第三步，使用 Channel 将数据读入到 Buffer 中： fc.read（ buffer ） ； 在这个过程中，不需要告诉 Channel 需要读多少数据，Buffer 内部机制会决定待读取的数据量。 通过以上三步，文件中的数据已经以字节的形式存储在 Buffer 中，可以使用 get 方法取出并做后续处理。 4 输出数据 与输入
6、数据类似，这里同样以文件数据的形式说明 NIO 输出功能的使用方法，分为三个简单步骤。第一步，获取 FileChannel： FileOutputStream fos = new FileOutputStream（ “foo“ ） ；FileChannel fc = fos.getChannel（） ； 第二步，创建一个缓冲区，缓冲区的类型和大小依实际需求而定，这里创建一个可容纳 1024 字节的缓冲区，然后向其中填入待写入的数据：其中，put 方法与上文 get 方法相对，用于向 Buffer 中添加数据，新的 flip 方法设置 Buffer 的内部状态，通知 Buffer 准备好即将进行
7、的输出操作。 第三步，使用 Channel 将从 Buffer 中写出： fc.write（ buffer ） ； 如果 Buffer 中的数据小于创建时的长度，写出操作会根据实际长度4大小进行调整。 5 输入输出结合应用 这里给出一个数据中转的例子，用以说明如何将一个 Buffer 实例同时应用到读和写的过程中。 其中，如果 read 方法的返回值为-1，表明数据已经读完；新的clear 方法与 flip 方法类似，重设 Buffer 内部状态，使它准备接收新的数据。 6 总结 以上示例中没有包含异常处理的代码，目的在于向读者清晰明了地说明 NIO 的使用方法，从中可以看出，NIO 并没有明
8、显增加 Java 语言程序的代码量，与 Native 代码方式比较，在满足安全性和可移植性要求的情况下，提供了相似的性能，降低了后期维护成本，不失为一种优秀的I/O 模型，应该被推广使用。 参考文献： 1李晓华.深入 Java 编程技术讲座之六-Java 输入输出.北京：电脑编程技巧与维护J.1999，3. 2封玮，周世平.基于 Java NIO 的非阻塞通信的研究与实现。北京：计算机系统应用J.2004，9. 3姜力.基于 Java NIO 反应器模式设计与实现.大庆：大庆师范学院学报N.2008，3. 4曾自强.基于 NIO 的 java 高性能网络应用的技术研究J.北京：北京邮电大学.2009，2. 55张雷.基于 JAVA 技术的输入输出流系统应用性分类研究.重庆：自动化与仪器仪表J.2011，4. 6蔡天鸣，王若愚.Java SE7 平台下的 NIO.2 探析.武汉：软件导刊J.2011，8.
