Java的IO演进

jspet 10年前

在JDK1.4推出Java NIO之前，基于Java的所有Socket通信都采用了同步阻塞模式（BIO），这种——请求——应答的通信模型简化了上层的应用开发，但是在性能和可靠性方面却存在着巨大的瓶颈。因此，在很长一段时间里，大型的应用服务器都采用C或者C++语言开发，因为它们可以直接使用操作系统提供的异步I/O（AIO）能力。当并发访问量增大，响应时间延迟增大之后，采用Java BIO并发的服务端软件只有通过硬件的不断扩容来满足高并发和低延时，它极大地增加了企业的成本，并且随着集群规模的不断膨胀，系统的可维护性也面巨大的挑战，只能通过采购性能更高的硬件服务器来解决问题，这会导致恶性循环。

正是由于Java传统BIO的拙劣表现，才使得Java支持非阻塞I/O的呼的呼声日渐高涨，最终，JDK1.4版本提供了新的NIO类库（new input/output），Java终于也可以支持非阻塞I/O了。从JDK1.0到JDK1.3，Java的I/O类库都非常原始，很多UNIX网络编程中的概念或者接口在I/O类库中都没有体现，例如：Pipe，Channel，Buffer和Selector等。2002年发布JDK1.4时，NIO以JSR-51的身份正式随JDK发布。NIO主要的类和接口如下：

  • 进行异步I/O操作的缓冲区ByteBuffer等；

  • 进行异步I/O操作的管道Pipe；

  • 进行各种I/O操作（异步或者同步）的Channel，包括ServerSocketChannel和SocketChannel；

  • 多种字符集的编码能力和解码能力；

  • 实现非阻塞I/O操作的多路复用器Selector；

  • 基于流行的Perl实现的正则表达式类库；

  • 文件通道FileChannel； 

新的NIO类库的提供，极大地促进了基于Java的异步非阻塞编程的发展和应用，但是，它依然有不完善的地方，特别是对文件系统的处理能力仍显不足，主要问题如下：

  • 没有统一的文件属性（例如读写权限）

  • API能力比较弱，例如目录的级联创建和递归遍历，往往需要自己实现。

  • 底层存储系统的一些高级API无法使用。

  • 所有的文件操作都是同步阻塞调用，不支持异步文件读写操作。

2011年7月28日，JDK1.7正式发布。它的一个比较大的亮点就是将原来的NIO类库进行了升级，被称为NIO2.0。NIO2.0由JSR-203演进而来，它主要提供了如下三个方面的改进。

  • 提供能够批量获取文件属性的API，这些API具有平台无关性，不与特性的文件系统相耦合，另外它还提供了标准文件系统的SPI，供各个服务提供商扩展实现

  • 提供AIO功能，支持基于文件的异步I/O操作和针对网络套接字的异步操作

  • 完成JSR-51定义的通道功能，包括对配置和多播数据报的支持等。