Java IO 和 NIO的區別

Java有兩種不同的輸入輸出API，分別是IO（Input/Output）和NIO（New Input/Output）。雖然兩者都提供了對文件和網路操作的支持，但在很多方面有很大不同。本文將從以下幾個方面詳細闡述兩者的區別。

一、Java IO和NIO的整體區別

IO和NIO最重要的區別在於它們處理數據的方式和實現機制不同。Java IO是面向流的，數據流向一個固定的方向：即從源到目的地。數據可以從一個InputStream（輸入流）讀取，寫入到一個OutputStream（輸出流）。所有的傳輸或處理數據的單元都是一個位元組。

NIO第一次引入了緩衝區的概念，以提高速度和效率。它提供了對通道（Channel）的支持，數據可以從通道讀取到緩衝區中，或者從緩衝區寫入到通道中。通道本身就是雙向的，可以用於讀寫兩個方向。此外，緩衝區允許用戶使用內存映射文件（MappedByteBuffer）來讀寫文件，以便減少IO操作。

二、Java IO和NIO的基本類庫不同

Java IO提供了InputStream、OutputStream、Reader和Writer等幾個重要的類，可以實現從文件或網路流讀取數據，或者向文件流或網路流寫入數據。而NIO則提供了ByteBuffer、CharBuffer、ShortBuffer、IntBuffer、LongBuffer、FloatBuffer和DoubleBuffer等緩衝區，以便讀寫數據。它還提供了BufferedChannel、Selector、ServerSocketChannel和SocketChannel等操作緩衝區的類。

三、Java IO和NIO的阻塞和非阻塞機制不同

Java IO是阻塞的。即當IO操作時，程序會一直等待，直到數據已經可用才會繼續執行下去。這意味著，一個線程在一個時間點只能讀取或寫入一個請求，不能同時處理多個請求。

NIO則提供了非阻塞I/O操作。基於NIO的操作可以大大提高處理請求的效率。非阻塞操作允許線程在等待請求完成時執行其他操作，從而使一個線程可以同時處理多個請求。

四、Java IO和NIO的多路復用機制不同

Java IO通過Socket類來實現TCP/IP網路通信。在Java IO中，線程必須等待請求I/O處理完成，這會導致線程的數量必須等於I/O請求的數量，從而開銷巨大。

NIO則使用了基於選擇器（Selector）的多路復用機制來避免為每個連接分配一個線程。這種機制是說，在一個線程中，可以通過選擇器同時處理多個連接請求，並在每個請求就緒時進行處理。這可以輕鬆地讓一個線程來管理多個連接，並顯著減少線程的開銷。

五、Java IO和NIO的擴展性差異

Java IO的線程模型不適合高並發的情況，因為線程開銷很大，並且需要為每個連接分配一個線程。這會導致系統的性能受限。

NIO中的線程模型適合高並發請求。每個線程可以處理多個請求，從而保持了內存的穩定性。

六、應用實例——文件讀取功能

下面我們就來看看Java IO和NIO在文件讀取功能上的不同：

Java IO實現文件讀取：

import java.io.BufferedReader;
import java.io.File;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;

public class FileReading {

    public static void main(String[] args) {
        File file = new File("test.txt");
        try (FileReader fileReader = new FileReader(file);
                BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(fileReader)) {
            String line = null;
            while ((line = bufferedReader.readLine()) != null) {
                System.out.println(line);
            }
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

NIO實現文件讀取：

import java.io.IOException;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.Paths;
import java.util.stream.Stream;

public class FileReadingNIO {

    public static void main(String[] args) {
        Path path = Paths.get("test.txt");

        try (Stream lines = Files.lines(path)) {
            lines.forEach(System.out::println);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

七、小結

本文介紹了Java IO和NIO之間的不同之處，並且提供了一個應用實例，以便更好地理解它們的區別和使用場景。在選擇使用API時，我們應該根據實際需求和情況，選擇一個更適合我們的API。