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19.1 NIO 소개

2017-09-03 18:46:12 By 머나먼나라 0 1146 댓글수 4 포스트 하기

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19.1 NIO 소개

자바 4부터 새로운 입출력(NIO : New input/Output) 이라는 뜻에서 java.nio 패키지가 포함되었는데, 자바 7로 버전업하면서 자바 IO 와 NIO 사이의 일관성 없는 클래스 설계를 바로 잡고, 비동기 채널 등의 네트워크 지원을 대폭 강화한 NIO.2 API 가 추가되었다. NIO.2 는 java.nio2 패키지로 제공되지 않고 기존 java.nio 의 하위 패키지 (java.nio.channels.java.nio.charset, java.nio.file) 에 통합되어 있다. 이 책에서는 NIO 와 NIO.2 를 구별하지 않고 그냥 NIO 로 부르기로 하겠다. 다음은 NIO 에서 제공하는 패키지에 대해 간략히 설명한 표이다.

NIO 패키지	포함되어 있는 내용
java.nio	다양한 버퍼 클래스
java.nio.chanels	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

19.1.1 IO 와 NIO 의 차이점

IO와 NIO 는 데이터를 입출려한다는 목적은 동일하지만, 방식에 있어서 크게 차이가 난다. 아래 표는 IO 와 NIO 의 차이점을 정리한 것이다.

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

IO 는 스트림(Stream) 기반이다. 스트림은 입력 스트림과 출력 스트림으로 구분되어 있기 때문에 데이터를 읽기 위해서는 입력 스트림을 생성해야 하고, 데이터를 출력하기 위해서는 출력 스트림을 생성해야 한다. 예를 들어 하나의 파일에서 데이터를 읽고 저장하는 작업을 모두 해야 한다면 FileInputStream 과 FileOutpuStream 을 별도로 생성해야 한다.

넌버퍼 VS. 버퍼

IO 에서는 출력 스트림 1바이트를 쓰면 입력 스트림이 1바이트를 읽는다. 이런 시스템은 대체로 느리다. 이것보다는 버퍼(Buffer : 메모리 저장소)를 사용해서 복수 개의 바이트를 한꺼번에 입력받고 출력하는 것이 빠른 성능을 낸다. 그래서 IO 는 버퍼를 제공해주는 보조 스트림인 BufferedInputStream, BufferedOutputStream 을 연결해서 사용하기도 한다. NIO 는 기본적으로 버퍼를 사용해서 입출력을 하기 때문에 IO 보다는 입출력 성능이 좋다. 채널은 버퍼에 저장된 데이터를 출력하고, 입력된 데이터를 버퍼에 저장한다.

IO는 스트림에서 읽은 데이터를 즉시 처리한다. 그렇기 때문에 스트림으로부터 입력된 전체 데이터를 별도로 저장하지 않으면, 입력된 데이터의 위치를 이동해 가면서 자유롭게 이용할 수 없다. NIO 는 읽은 데이터를 무조건 버퍼에 저장하기 때문에 버퍼 내에서 데이터의 위치를 이동해 가면서 필요한 부분만 읽고 쓸 수 있다.

블로킹 VS. 넌블로킹

IO 는 블로킹(blocking) 된다. 입력 스트림의 read() 메소드를 호출하면 데이터가 입력되기 전까지 스레드는 블로킹(대기상태)된다. 마찬가지로 출력 스트림의 write() 메소드를 호출하면 데이터가 출력되기 전까지 스레드는 블로킹된다. IO 스레드가 블로킹되면 다른 일을 할 수 없고 블로킹을 빠져나오기 위해 인터럽트(intterupt) 도 할 수 없다. 블로킹을 빠져나오는 유일한 방법은 스트림을 닫는 것이다. NIO는 블로킹과 넌블로킹( non-blocking)특징을 모두 가지고 있다. IO 블로킹과의 차이점은 NIO 블로킹은 스레드를 인터럽트함으로써 빠져나올 수가 있다는 것이다. 블로킹의 반대 개념이 넌 블로킹인데, 입출력 작업 시 스레드가 블로킹되지 않는 것을 말한다. NIO의 넌블로킹은 입출력 작업 준비가 완료된 채널만 선택해서 작업 스레드가 처리하기 때문에 작업 스레드가 블로킹되지 않는다. 여기서 작업 준비가 완료되엇다는 뜻은 지금 바로 읽고 쓸 수 있는 상태를 말한다. NIO 넌 블로킹의 핵심 객체는 멀티플렉서(multiplexor) 인 셀렉터(Selector) 이다. 셀렉터는 복수 객의 채널 중에서 준비 완료된 채널을 선택하는 방법을 제공해준다.

19.1.2 IO 와 NIO의 선택

네트워크 프로그램을 개발할 때 IO와 NIO 선택 기준에 대해 생각해보자. NIO는 불특정 다수의 클라이언트 연결 또는 멀티 파일들을 넌블로킹이나 비동기로 처리할 수 있기 때문에 과도한 스레드 생성을 스페드를 효과적으로 재사용한다는 점에서 큰 장점이 있다. 또한 운영체제의 버퍼(다이렉트 버퍼)를 이용한 입출력이 가능하기 때문에 입출력 성능이 향상된다.

NIO 는 연결 클라이언트 수가 많고, 하나의 입출력 처리 작업이 오래 걸리지 않는 경우에 사용하는 것이 좋다. 스레드에서 입출력 처리가 오래 걸린다면 대기하는 작업의 수가 늘어가기 때문에 제한된 스레드로 처리하는 것이 오히려 불리할 수 있다. 대용량 데이터를 처리할 경우에는 IO 가 더 유리한데, NIO 는 버퍼의 할당 크기도 문제가 되고, 모든 입출력 작업에 버퍼를 무조건 사용해야 하므로 받은 즉시 처리하는 IO 보다는 좀 더 복잡하다. 연결 클라이언트 수가 적고, 전송되는 데이터가 대용량이면서 순차적으로 처리될 필요성이 있을 경우에는 IO로 서버를 구현하는 것이 좋다.

19.2 파일과 디렉토리

IO는 파일의 속성 정보를 일기 위해 File 클래스만 제공하지만, NIO 는 좀 더 다양한 파일의 속성 정보를 제공해주는 클래스와 인터페이스를 java.nio.file, java.nio.file.attribute 패키지에서 제공하고 있다.

19.2.1 경로 정의 (path)

NIO 에서 제일 먼저 살펴봐야 할 API 는 java.nio.file.Path 인터페이스이다. Path 는 IO의 java.io.File 클래스에 대응되는 NIO 인터페이스이다. NIO의 API에서 파일의 경로를 지정하기 위해 Path 를 사용하기 때문에 Path 사용 방법을 잘 익혀두어야 한다. Path 구현 객체를 얻기 위해서는 java.nio.file.Paths 클래스의 정적 메소드인 get() 메소드를 호출하면 된다.

Path path =Paths.get(String first, String ... more)

Path path =Paths.get(URI uri);

get() 메소드의 매개값은 파일의 경로인데, 문자열로 지정할 수도 있고, URI 객체로 지정할 수도 있다. 문자열로 지정할 경우 전체 경로를 한꺼번에 지정해도 좋고, 상위 디렉토리와 하위 디렉토리를 나열해서 지정해도 좋다. 다음은 "C:\Temp\dir\file.txt" 경로를 이용해서 Path 객체를 얻는 방법을 보여준다.

Path path =Paths.get("C:/Temp/dir/file.txt");

Path path =Paths.get("C:/Temp/dir", "file.txt");

Path path =Paths.get("C:", "Temp", "dir", "file.txt");

파일의 경로는 절대 경로와 상대 경로를 모두 사용할 수 있다. 만약 현재 디렉토리 위치가 "C:\Temp" 일 경우 "C:\Temp\dir\file.txt"는 다음과 같이 지정이 가능하다.

Path path =Paths.get("dir/file.txt");

Path path =Paths.get("./dir/file.txt");

현재가 위치가 C:\Temp\dir1" 이라면 "C:\Temp\dir2\file.txt" 는 다음과 같이 지정이 가능하다.

리터타입	메소드(매개 변수)	설명
int	compareTo(Path other)	파일 경로가 동일하면 0을 리턴, 상위 경로면 음수, 하위 경로면 양수를 리턴, 음수와 양수 값의 차이나는 문자열의 수
Path	getFileName()	부모 경로를 제외한 파일 또는 디렉토리 이름만 가진 Path리턴
FileSystem	getFileSystem()	FileSystem 객체 리턴
Path	getName(int index)	C:\Temp\dir\file.txt일 경우 index가 0이면 "Temp" 의 Path객체 리턴 index 가 1이면 "dir"의 Path 객체 리턴 index 가 2 이면 "file.txt"의 Path 객체 리턴
int	getNameCount()	중첩 경로 수, C:\Temp\dir\file.txt일 경우 3을 리턴
Path	getParent()	바로 위 부모 폴터의 Path리턴
Path	getRoot()	루트 디렉토리의 Path 리턴
Iterator<Path>	iterator()	경로에 있는 모든 디렉토리와 파일을 Path 객체로 생성하고 반복자를 리턴
Path	normailze()	상대 경로로 표기할 때 불필요한 요소를 제거 C:\Temp\dir1\..->C:\Temp\dir2\file.txt
WatchKey	register(..)	WatchService를 등록(와치 서비스에서 설명함)
File	toFile(0	java.io.File 객체로 리턴
String	toString()	파일 경로를 문자열로 리턴

다음 예제는 상대 경로를 이용해서 소스 파일에 대한 Path 객체를 얻고, 파일명, 부모 디렉토리명, 중첩 경로 수, 경로상에 있는 모든 디렉토리를 출력한다.

public class PathExample {

   public static void main(String[] args) throws Exception{

       Path path =Paths.get("C:\\javawork\\java의정석\\ThisIsJava\\Chap06\\src\\ch30\\JavaFx.java");
       System.out.println("[파일명]" + path.getFileName());
       System.out.println("[부모 디렉토리명]: " + path.getParent().getFileName());
       System.out.println("중첩 경로수 : "+ path.getNameCount());

       System.out.println();
       for(int i=0; i<path.getNameCount(); i++){
           System.out.println(path.getName(i));
       }

       System.out.println();
       Iterator<Path> iterator =path.iterator();
       while(iterator.hasNext()){
           Path temp =iterator.next();
           System.out.println(temp.getFileName());
       }


   }

}

[파일명]JavaFx.java
[부모 디렉토리명]: ch30
중첩 경로수 : 7

javawork
java의정석
ThisIsJava
Chap06
src
ch30
JavaFx.java

19.2.2 파일 시스템 정보(FileSystem)

운영체제의 파일 시스템은 FileSystem 인터페이스를 통해서 접근할 수 있다. FileSystem 구현 객체는 FileSystem의 정적 메소드인 getDefault() 로 얻을 수 있다.

FileSystem fileSystem =FileSystem.getDefault();

FileSystem은 다음과 같은 메소드를 제공한다.

리턴타입	메소드(매개 변수)	설명
Iterable<FileStore>	getFileStores()	드라이버 정보를 가진 FileStore 객체들을 리턴
Iterable<Path>	getRootDirectories()	루트 디렉토리 정보를 가진 Path 객체들을 리턴
String	getSeparator()	디렉토리 구분자 리턴

FileStore 는 드라이버를 표현한 객체로 다음과 같은 메소드를 제공한다.

리턴타입	메소드(매개변수)	설명
long	getTotalSpace()	드라이버 전체 공간 크기(단위:바이트) 리턴
long	getUnallocatedSpace()	할당되지 않은 공간 크기(단위:바이트)리턴
long	getUsableSpace()	사용 가능한 공간 크기, getUnallocatedSpace()와 동일한 값
boolean	isReadOnly()	읽기 전용 여부
String	name()	드라이버명 리턴
String	type()	파일 시스템 종류

public class FileSystemExample {

   public static void main(String[] args) throws Exception{
       FileSystem fileSystem =FileSystems.getDefault();
       for(FileStore store : fileSystem.getFileStores()){

           System.out.println("드라이버명 : " + store.name());
           System.out.println("파일시스템 : " + store.type());
           System.out.println("전체 공간 :" + store.getTotalSpace() + " 바이트");
           System.out.println("사용 중인 공간 : " + (store.getTotalSpace() - store.getUnallocatedSpace()) + "바이트");
           System.out.println("사용 가능한 공간 : " + store.getUsableSpace() + " 바이트");
           System.out.println();

       }

       System.out.println("파일 구분자 : " + fileSystem.getSeparator());
       System.out.println();

       for(Path path : fileSystem.getRootDirectories()){
           System.out.println(path.toString());
       }

   }

}

드라이버명 :
파일시스템 : NTFS
전체 공간 :471859195904 바이트
사용 중인 공간 : 310072877056바이트
사용 가능한 공간 : 161786318848 바이트

드라이버명 : Audio CD
파일시스템 : CDFS
전체 공간 :0 바이트
사용 중인 공간 : 0바이트
사용 가능한 공간 : 0 바이트

파일 구분자 : \

C:\
D:\
E:\
F:\
G:\
H:\
I:\
J:\

19.2.3 파일 속성 읽기 및 파일, 디렉토리 생성/삭제

java.nio.file.Files 클래스는 파일과 디렉토리의 생성 및 삭제, 그리고 이들의 속성을 읽는 메소드를 제공하고 있다. 여기서 속성이란 파일이나 디렉토리가 숨김인지, 디렉토리인지, 크기가 어떻게 되는지, 소유자가 누구인지에 대한 정보를 말한다. 다음은 java.nio.file.Files 클래스가 제공하는 정적 메소드를이다. 매개 변수에 대한 자세한 설명은 API 도큐먼트를 참조하길 바란다.

public class FileExample {

   public static void main(String[] args) throws Exception{

       Path path =Paths.get("C:\\javawork\\java의정석\\ThisIsJava\\Chap06\\src\\ch30\\JavaFx.java");
       System.out.println("디렉토리 여부 :" + Files.isDirectory(path));
       System.out.println("파일 여부 : " + Files.isRegularFile(path));
       System.out.println("마지막 수정 시간 : " + Files.getLastModifiedTime(path));
       System.out.println("파일 크기 : " + Files.size(path));
       System.out.println("소유자 : " + Files.getOwner(path).getName());
       System.out.println("숨김 파일 여부 : " + Files.isHidden(path));
       System.out.println("읽기 가능 여부 : " + Files.isReadable(path));
       System.out.println("쓰기 가능 여부 :" + Files.isWritable(path));


   }

}

디렉토리 여부 :false
파일 여부 : true
마지막 수정 시간 : 2016-06-20T12:37:27.782038Z
파일 크기 : 324
소유자 : CJH-PC\cyj
숨김 파일 여부 : false
읽기 가능 여부 : true
쓰기 가능 여부 :true

다음 예제는 디렉토리와 파일을 생성하고, 디렉토리의 내용을 출력한다.

public class DirectoryExample {
   public static void main(String[] args) throws Exception{
       Path path1 =Paths.get("C:/Temp/dir/subdir");
       Path path2 =Paths.get("C:/Temp/file.txt");

       if(Files.notExists(path1)){
           Files.createDirectories(path1);
       }

       if(Files.notExists(path2)){
           Files.createFile(path2);
       }

       Path path3 =Paths.get("C:/Temp");
       DirectoryStream<Path> directoryStream =Files.newDirectoryStream(path3);
       for(Path path : directoryStream){
           if(Files.isDirectory(path)){
               System.out.println("[디렉토리]" + path.getFileName());
           }else{
               System.out.println("[파일 ]" +path.getFileName());
           }
       }

   }
}

[디렉토리]AUtempR
[디렉토리]codingeverybodytwo
[파일 ]Copy.net
[디렉토리]Dir
[파일 ]file.txt
[파일 ]file1.txt
[파일 ]file2.txt
[파일 ]file3.txt
[파일 ]file8.txt
[파일 ]forese44t.jpg
[파일 ]forest.jpg
[디렉토리]git_work
[파일 ]Object.datet
[파일 ]primtive.dat
[파일 ]temp.txt
[파일 ]test.txt
[디렉토리]tortois_tem
[파일 ]youback.back
[디렉토리]영희
[디렉토리]철수

19.2.4 와치 서비스(WatchService)

와치 서비스(WatchService)는 자바7에서 처음 소개된 것으로 디렉토리 내부에서 파일 생성, 삭제, 수정 등의 내용 변화를 감시하는데 사용된다. 흔하게 볼 수 있는 와치 서비스의 적용 예는 에디터에서 파일을 편집하고 있을 때, 에디터 바깥에서 파일 내용을 수정하게 되면 파일 내용이 변경됐으니 파일을 다시 불러올 것인지 묻는 대화상자를 띄우는 것이다. 와치 서비스는 일반적으로 파일 변경 통지 메커니즘으로 알려져 있다. WatchService를 생성하려면 다음과 같이 FileSystem의 newWatchService() 메소드를 호출하면 된다.

WatchService watchService =FileSystems.getDefault().newWatchService();

WatchService를 생성했다면 감시가 필요한 디렉토리의 Path 객체에서 register() 메소드로 WatchService를 등록하면 된다. 이때 어떤 변화(생성, 삭제,수정)를 감시할 것인지를 StandardWatchEventKinds 상수로 지정할 수 있다. 다음은 생성, 수정, 삭제를 감시하도록 WatchService 를 등록한다.

path.register(watchService, StandarWatchEventKinds.ENTRY_CREATE, StandardWatchEventKinds.ENTRY_MODIFY, StandardWatchEventKinds.ENTRY_DELETE);

디렉토리(path) 에 WatchService를 등록한 순간부터 디렉토리 내부에서 변경이 발생되면 와치 이벤트(WatchEvent) 가 발생하고, WatchService는 해당 이벤트 정보를 가진 와치키(WatchKey)를 생성하여 큐(Queue) 에 넣어준다. 프로그램은 무한 루프틀 돌면서 WatchService 의 take() 메소드를 호출하여 WatchKey 가 큐에 들어올 때까지 대기하고 있다가 WatchKey 가 큐에 들어오면 WatchKey를 얻어 처리하면 된다.

while(true){

Watchkey watchkey =watchService.tack(); //큐에 WatchKey 가 들어올 때까지 대기

}

WatchKey 를 얻고나서 해야 할 일은 pollEvents() 메소드를 호출해서 WatchEvent 리스트를 얻어내는 것이다. 한 개의 WatchEvent 가 아니라 List<WatchEvent<?>> 로 리턴하는 이유는 여러개의 파일이 동시에 삭제, 수정 생성될 수 있기 때문이다. 참고로 WatchEvent는 파일당 하나씩 발생한다.

List<WatchEvent<?>> list =watchKey.pollEvents();

프로그램은 WatchEvent 리스트에서 WatchEvent 를 하나씩 꺼내어 이벤트의 종류와 Path 객체를 얻어낸 다음 적절히 처리하면 된다.

for(WatchEvent watchEvent : list){

Kind kind =watchEvent.kind();

Path path =(Path)watchEvent.context();

//이벤트 종류별로 처리

if(kind == StandardWatchEventKinds.ENTRY_CREATE){

}else if(kind == StandardWatchEventKinds.ENTRY_DELETE){

}else if(kind ==StandardWatchEventKinds.ENTRY_MODIFY){

}else if(kind ==StandardWatchEventKinds.OVERFLOW){

}
}

OVERFLOW 이벤트는 운영체제에서 이벤트가 소실됐거나 버려진 경우에 발생하므로 별도의 처리 코드가 필요 없다. 따라서 CREATE, DELETE, MODIFY 이벤트만 처리하면 된다. 한 번 사용된 WatchKey 는 reset(0 메소드로 초기화해야 하는데, 새로운 WatchEvent 가 발생하면 큐에 다시 들어가기 때문이다. 초기화에 성공하면 reset() 메소드는 true 를 리턴하지만, 감시하는 디렉토리가 삭제 되었거나 키가 더 이상 유효하지 않을 경우에는 false 를 리턴한다.