[Java] NIO 기반 입출력 - (1)NIO란?

 

📌NIO란?

새로운 입출력(New Input/Output)이라는 뜻이다.

 

자세한 설명하기에 앞서 NIO에서 제공하는 패키지에 대한 간략한 설명 표이다.

NIO 패키지	포함되어 있는 내용
java.nio	다양한 버퍼 클래스
java.nio.channels	파일 채널, TCP 채널, UDP 채널 등의 클래스
java.nio.channels.spi	java.nio.channels 패키지를 위한 서비스 제공자 클래스
java.nio.charset	문자셋, 인코더, 디코더 API
java.nio.charset.spi	java.nio.charset 패키지를 위한 서비스 제공자 클래스
java.nio.file	파일 및 파일 시스템에 접근하기 위한 클래스
java.nio.file.attribute	파일 및 파일 시스템의 속성에 접근하기 위한 클래스
java.nio.file.spi	java.nio.file 패키지를 위한 서비스 제공자 클래스

 

 

 

📌IO와 NIO의 차이점

IO와 NIO는 데이터를 입출력한다는 목적은 동일하지만, 방식에 있어서 차이가 난다.

구분	IO	NIO
입출력 방식	스트림 방식	채널 방식
버퍼 방식	넌버퍼(non-buffer)	버퍼(buffer)
비동기 방식	지원 안 함	지원
블로킹 / 넌블로킹 방식	블로킹 방식만 지원	블로킹 / 넌블로킹 방식 모두 지원

 

스트림 vs 채널

IO는 스트림 기반이다. 입력 스트림과 출력 스트림으로 구분되어 있기 때문에 데이터를 읽기 위해서는 입력 스트림을 생성해야 하고, 데이터를 출력하기 위해서는 출력 스트림을 생성해야 한다. 예를 들어보자면 파일에서 데이터를 읽고 저장하는 작업을 모두 해야 한다면 FileInputStream과 FileOutputStream을 모두 생성하여야 한다.

 

NIO는 채널 기반이다. 채널은 스트림과 달리 양방향으로 입력과 출력이 가능하므로 별도의 채널을 만들 필요 없이 하나의 채널만 생성하면 된다.

 

 

 

넌버퍼 vs 버퍼

IO에서는 출력 스트림이 1바이트를 쓰면 입력 스트림이 1바이트를 읽는다. 이러한 시스템은 대체로 느리다. 때문에 보조 스트림(BufferedInputStream, BufferedOutputStream)으로 버퍼(Buffer: 메모리 저장소)가 나온 것이고 이를 사용하여 복수 개의 바이트를 한꺼번에 입력받고 출력하여 빠른 성능을 낸다. 또한 IO는 스트림에서 읽은 데이터를 즉시 처리한다. 그렇기 때문에 스트림으로부터 입력된 전체 데이터를 별도로 저장하지 않으면, 입력된 데이터의 위치를 이동해 가면서 자유롭게 이용할 수 없다.

 

NIO는 기본적으로 버퍼를 사용해서 입출력하기 때문에 IO보다 입출력 성능이 좋다. 채널은 버퍼에 저장된 데이터를 출력하고, 입력된 데이터를 버퍼에 저장한다. NIO는 읽은 데이터를 무조건 버퍼에 저장하기 때문에 버퍼 내에서 데이터의 위치를 이동해 가면서 필요한 부분만 읽고 쓰는 것이 가능하다.

 

 

 

블로킹 vs 넌블로킹

IO는 블로킹된다. 입력 스트림의 read() 메소드를 호출하면 데이터가 입력되기 전까지 스레드는 블로킹(대기 상태) 된다. 마찬가지로 출력 스트림의 write() 메소드를 호출하면 데이터가 출력되기 전까지 스레드는 블로킹 된다. IO 스레드가 블로킹되면 다른 일을 할 수 없고 블로킹을 빠져나오기 위해 인터럽트도 할 수 없다. 블로킹을 빠져나오는 유일한 방법은 스트림을 닫는 것이다.

 

NIO는 블로킹과 넌블로킹 특징을 모두 가지고 있다. IO 블로킹과의 차이점은 NIO 블로킹은 스레드를 인터럽트함으로써 빠져나올 수가 있다는 것이다. NIO의 넌블로킹은 입출력 작업 준비가 완료된 채널만 선택해서 작업 스레드가 처리하기 때문에 작업 스레드가 블로킹되지 않는다.  NIO 넌블로킹의 핵심 객체는 멀티플렉서인 셀렉터이다. 셀렉터는 복수 개의 채널 중에서 준비 완료된 채널을 선택하는 방법을 제공해준다.

 

 

 

IO 와 NIO 중 무엇을 사용할까?

네트워크 프로그램을 개발할 때 IO와 NIO 둘 중에 무엇을 선택하는 것이 좋을까?

NIO를 사용할 경우 불특정 다수의 클라이언트 연결 또는 멀티 파일들을 넌블로킹이나 비동기로 처리할 수 있기 때문에 과도한 스레드 생성을 피하고 스레드를 효과적으로 재사용한다는 점에서 큰 장점이 있다. 또한 운영체제의 버퍼를 이용한 입출력이 가능하기 때문에 입출력 성능이 향상된다. NIO는 연결 클라이언트 수가 많고, 하나의 입출력 처리 작업이 오래 걸리지 않는 경우에 사용하는 것이 좋다. 스레드에서 입출력 처리가 오래 걸린다면 대기하는 작업의 수가 늘어나기 때문에 제한된 스레드로 처리하는 것이 오히려 불리할 수가 있다.

 

IO같은 경우 대용량 데이터를 처리할 경우 유리한데, NIO는 버퍼의 할당 크기도 문제가 되고, 모든 입출력 작업에 버퍼를 무조건 사용해야 하므로 받은 즉시 처리하는 IO보다 좀 더 복잡하다. 연결 클라이언트 수가 적고, 전송되는 데이터가 대용량이면서 순차적으로 처리될 필요성이 있을 경우에는 IO로 서버로 구현하는 것이 좋다.