Java IO 底层原理

Question

为什么要使用 NIO

企业级应用效率是关键。而 CPU 已不再是的束缚，效率主要消耗在 IO 上。java.io 类则喜欢一铲子一铲子地加工数据。而操作系统喜欢整卡车地运来数据，有了 NIO，就可以轻松地把一卡车数据备份到您能直接使用的地方（ByteBuffer 对象）。

IO 的常用概念

IO 操作：向操作系统发出请求，把数据移出和移入缓冲区。
用户空间：是常规进程所在区域。JVM 就是常规进程，驻守于用户空间。用户空间是非特权区域：比如，在该区域执行的代码就不能直接访问硬件设备。硬件通常不能直接访问用户空间。

内核空间：它能与设备控制器通讯，控制着用户区域进程的运行状态等等。最重要的是，所有 I/O 都直接或间接通过内核空间。在数据往来于用户空间与存储设备的过程中，内核负责数据的分解、再组合工作，因此充当着中间人的角色。
虚拟内存：意为使用虚假（或虚拟）地址取代物理（硬件 RAM）内存地址。

通道（Channel）：Channel 用于在字节缓冲区和位于通道另一侧的实体（通常是一个文件或套接字）之间有效地传输数据。

Socket:用于描述 IP 地址和端口。socket 实质上提供了进程通信的端点。进程通信之前，双方首先必须各自创建一个端点，否则是没有办法建立联系并相互通信的。

DMA(Direct Memory Access，直接内存存取) 他允许不同速度的硬件装置来沟通。

内存分页：将一个页面分成两个或两个以上的页面。其中几个装入内存，其余存储于磁盘。

io 是面向流的，也就是读取数据的时候是从流上逐个读取，所以数据不能进行整体以为，没有缓冲区;nio 是面向缓冲区的，数据是存储在缓冲区中，读取数据是在缓冲区中进行，所以进行数据的偏移操作更加方便

​Java NIO 中的 Buffer 用于和 NIO 通道进行交互。如你所知，数据是从通道读入缓冲区，从缓冲区写入到通道中的。

缓冲区本质上是一块可以写入数据，然后可以从中读取数据的内存。这块内存被包装成 NIO Buffer 对象，并提供了一组方法，用来方便的访问该块内存。

面向流与面向缓冲

Java IO 和 NIO 之间第一个最大的区别是，IO 是面向流的，NIO 是面向缓冲区的。 Java IO 面向流意味着每次从流中读一个或多个字节，直至读取所有字节，它们没有被缓存在任何地方。此外，它不能前后移动流中的数据。如果需要前后移动从流中读取的数据，需要先将它缓存到一个缓冲区。

Java NIO 的缓冲导向方法略有不同。数据读取到一个它稍后处理的缓冲区，需要时可在缓冲区中前后移动。这就增加了处理过程中的灵活性。但是，还需要检查是否该缓冲区中包含所有您需要处理的数据。而且，需确保当更多的数据读入缓冲区时，不要覆盖缓冲区里尚未处理的数据。