作者：Jakob Jenkov   譯者：郭蕾    校對：方騰飛

當學習了Java NIO和IO的API後，一個問題馬上湧入腦海：

我應該何時使用IO，何時使用NIO呢？在本文中，我會盡量清晰地解析Java NIO和IO的差異、它們的使用場景，以及它們如何影響您的程式碼設計。

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
面向流            面向緩衝
阻塞IO            非阻塞IO
無                選擇器

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位元組，直至讀取所有位元組，它們沒有被快取在任何地方。此外，它不能前後移動流中的資料。如果需要前後移動從流中讀取的資料，需要先將它快取到一個緩衝區。 Java NIO的緩衝導向方法略有不同。資料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資料。而且，需確保當更多的資料讀入緩衝區時，不要覆蓋緩衝區裡尚未處理的資料。

阻塞與非阻塞IO

Java IO的各種流是阻塞的。這意味著，當一個執行緒呼叫read() 或 write()時，該執行緒被阻塞，直到有一些資料被讀取，或資料完全寫入。該執行緒在此期間不能再幹任何事情了。 Java NIO的非阻塞模式，使一個執行緒從某通道傳送請求讀取資料，但是它僅能得到目前可用的資料，如果目前沒有資料可用時，就什麼都不會獲取。而不是保持執行緒阻塞，所以直至資料變的可以讀取之前，該執行緒可以繼續做其他的事情。 非阻塞寫也是如此。一個執行緒請求寫入一些資料到某通道，但不需要等待它完全寫入，這個執行緒同時可以去做別的事情。 執行緒通常將非阻塞IO的空閒時間用於在其它通道上執行IO操作，所以一個單獨的執行緒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執行緒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執行緒來“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，使得一個單獨的執行緒很容易來管理多個通道。

NIO和IO如何影響應用程式的設計

無論您選擇IO或NIO工具箱，可能會影響您應用程式設計的以下幾個方面：

1.  對NIO或IO類的API呼叫。
2. 資料處理。
3. 用來處理資料的執行緒數。

API呼叫

當然，使用NIO的API呼叫時看起來與使用IO時有所不同，但這並不意外，因為並不是僅從一個InputStream逐位元組讀取，而是資料必須先讀入緩衝區再處理。

資料處理

使用純粹的NIO設計相較IO設計，資料處理也受到影響。

在IO設計中，我們從InputStream或 Reader逐位元組讀取資料。假設你正在處理一基於行的文字資料流，例如：

Name: Anna
Age: 25
Email: [email protected]
Phone: 1234567890

該文字行的流可以這樣處理：
InputStream input = … ; // get the InputStream from the client socket

BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(input));

String nameLine   = reader.readLine();
String ageLine    = reader.readLine();
String emailLine  = reader.readLine();
String phoneLine  = reader.readLine();

請注意處理狀態由程式執行多久決定。換句話說，一旦reader.readLine()方法返回，你就知道肯定文字行就已讀完， readline()阻塞直到整行讀完，這就是原因。你也知道此行包含名稱；同樣，第二個readline()呼叫返回的時候，你知道這行包含年齡等。 正如你可以看到，該處理程式僅在有新資料讀入時執行，並知道每步的資料是什麼。一旦正在執行的執行緒已處理過讀入的某些資料，該執行緒不會再回退資料（大多如此）。下圖也說明了這條原則：（Java IO: 從一個阻塞的流中讀資料） 而一個NIO的實現會有所不同，下面是一個簡單的例子：

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);

int bytesRead = inChannel.read(buffer);

注意第二行，從通道讀取位元組到ByteBuffer。當這個方法呼叫返回時，你不知道你所需的所有資料是否在緩衝區內。你所知道的是，該緩衝區包含一些位元組，這使得處理有點困難。
假設第一次 read(buffer)呼叫後，讀入緩衝區的資料只有半行，例如，“Name:An”，你能處理資料嗎？顯然不能，需要等待，直到整行資料讀入快取，在此之前，對資料的任何處理毫無意義。

所以，你怎麼知道是否該緩衝區包含足夠的資料可以處理呢？好了，你不知道。發現的方法只能檢視緩衝區中的資料。其結果是，在你知道所有資料都在緩衝區裡之前，你必須檢查幾次緩衝區的資料。這不僅效率低下，而且可以使程式設計方案雜亂不堪。例如：

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);

int bytesRead = inChannel.read(buffer);

while(! bufferFull(bytesRead) ) {

bytesRead = inChannel.read(buffer);

}

bufferFull()方法必須跟蹤有多少資料讀入緩衝區，並返回真或假，這取決於緩衝區是否已滿。換句話說，如果緩衝區準備好被處理，那麼表示緩衝區滿了。

bufferFull()方法掃描緩衝區，但必須保持在bufferFull（）方法被呼叫之前狀態相同。如果沒有，下一個讀入緩衝區的資料可能無法讀到正確的位置。這是不可能的，但卻是需要注意的又一問題。

如果緩衝區已滿，它可以被處理。如果它不滿，並且在你的實際案例中有意義，你或許能處理其中的部分資料。但是許多情況下並非如此。下圖展示了“緩衝區資料迴圈就緒”：

Java NIO:從一個通道里讀資料，直到所有的資料都讀到緩衝區裡.

3) 用來處理資料的執行緒數

NIO可讓您只使用一個（或幾個）單執行緒管理多個通道（網路連線或檔案），但付出的代價是解析資料可能會比從一個阻塞流中讀取資料更復雜。

如果需要管理同時開啟的成千上萬個連線，這些連線每次只是傳送少量的資料，例如聊天伺服器，實現NIO的伺服器可能是一個優勢。同樣，如果你需要維持許多開啟的連線到其他計算機上，如P2P網路中，使用一個單獨的執行緒來管理你所有出站連線，可能是一個優勢。一個執行緒多個連線的設計方案如下圖所示：

Java NIO: 單執行緒管理多個連線

如果你有少量的連線使用非常高的頻寬，一次傳送大量的資料，也許典型的IO伺服器實現可能非常契合。下圖說明了一個典型的IO伺服器設計：

Java IO: 一個典型的IO伺服器設計- 一個連線通過一個執行緒處理.