Java：前程似錦的 NIO 2.0

Java 之因此可以霸佔編程語言的榜首，其強大、豐富的類庫功不可沒，幾乎全部的編程問題都能在其中找到解決方案。但在早期的版本當中，輸入輸出（I/O）流並不那麼令開發者感到愉快：

1）JDK 1.4 以前的 I/O 沒有緩衝區的概念、不支持正則表達式、支持的字符集編碼有限等等； 2）JDK 1.4 的時候引入了非阻塞 I/O，也就是 NIO 1.0，但遍歷目錄很困難，不支持文件系統的非阻塞操做等等。

爲了突破這些限制，JDK 1.7 的時候引入了新的 NIO，也就是本篇文章的主角——NIO 2.0。

0一、基石：Path

Path 既能夠表示一個目錄，也能夠表示一個文件，就像 File 那樣——固然了，Path 就是用來取代 File 的。

1）能夠經過 Paths.get() 建立一個 Path 對象，此時 Path 並無真正在物理磁盤上建立；參數既能夠是一個文件名，也能夠是一個目錄名；絕對路徑或者相對路徑都可。

2）能夠經過 Files.notExists() 確認 Path（目錄或者文件） 是否已經存在。

3）能夠經過 Files.createDirectory() 建立目錄，此時目錄已經在物理磁盤上建立成功，可經過資源管理器查看到。

4）能夠經過 Files.createFile() 建立文件，此時文件已經在物理磁盤上建立成功，可經過資源管理器查看到。

5）能夠經過 toAbsolutePath() 查看 Path 的絕對路徑。

6）能夠經過 resolve() 將 Path 鏈接起來，參數能夠是一個新的 Path 對象，也能夠是對應的字符串。

具體的代碼以下：

public class Wanger {

	public static void main(String[] args) {
		// 相對路徑
		Path dir = Paths.get("chenmo");

		// 輸出 dir 的絕對路徑
		System.out.println(dir.toAbsolutePath()); // 輸出：D:\program\java.git\java_demo\chenmo

		if (Files.notExists(dir)) {
			try {
				// 若是目錄不存在，則建立目錄
				Files.createDirectory(dir);
			} catch (IOException e1) {
				e1.printStackTrace();
			}
		}
		
		// 這時候 chenmo.txt 文件並未建立
		// 經過 resolve 方法把 dir 和 chenmo.txt 連接起來
		Path file = dir.resolve("chenmo.txt");

		// 輸出 file 的絕對路徑
		System.out.println(file.toAbsolutePath()); // 輸出：D:\program\java.git\java_demo\chenmo\chenmo.txt

		if (Files.notExists(file)) {
			try {
				// 若是文件不存在，則建立文件
				Files.createFile(file);
			} catch (IOException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}

	}

}
複製代碼

若是要將 File 轉換爲 Path，能夠經過 File 類的 toPath() 方法完成。代碼示例以下：

File file = new File("沉默王二.txt");
Path path = file.toPath();
複製代碼

若是要將 Path 轉換爲 File，能夠經過 Path 類的 toFile() 方法完成。代碼示例以下：

Path path = Paths.get("沉默王二.txt");
File file = path.toFile();
複製代碼

0二、處理目錄

NIO 2.0 新增的 java.nio.file.DirectoryStream<T> 接口能夠很是方便地查找目錄中的（符合某種規則的）文件，好比說咱們要查找 chenmo 目錄下的 txt 後綴的文件，代碼示例以下：

// 相對路徑
Path dir = Paths.get("chenmo");

try (DirectoryStream<Path> stream = Files.newDirectoryStream(dir, "*.txt")) {
	for (Path entry : stream) {
		System.out.println(entry.getFileName());
	}
} catch (IOException e) {
	e.printStackTrace();
}
複製代碼

1）Files.newDirectoryStream(Path dir, String glob) 會返回一個過濾後的 DirectoryStream（ 目錄流，），第一個參數爲目錄，第二個參數爲 glob 表達式，好比 *.txt 表示全部 txt 後綴的文件。

2）因爲 DirectoryStream 繼承了 Closeable 接口，因此它能夠配合 try-with-resources 語法寫出更安全的代碼，目錄流會自動調用 close 方法關閉流，釋放與流相關的資源，不須要再經過 finally 進行主動關閉。

3）DirectoryStream 被稱爲目錄流，容許方便地使用 for-each 結構來遍歷目錄。

0三、處理目錄樹

目錄樹意味着一個目錄裏既有文件也有子目錄，也可能都沒有，也可能有其一。NIO 2.0 能夠很方便地遍歷一顆目錄樹，並操做符合條件的文件；這其中關鍵的一個方法就是 Files 類的 walkFileTree，其定義以下：

public static Path walkFileTree(Path start, FileVisitor<? super Path> visitor) throws IOException {
        return walkFileTree(start,
                            EnumSet.noneOf(FileVisitOption.class),
                            Integer.MAX_VALUE,
                            visitor);
    }
複製代碼

第二個參數 FileVisitor 被稱爲文件訪問器接口，它實現起來很是複雜，要實現 5 個方法呢，但幸虧 JDK 的設計者提供了一個默認的實現類 SimpleFileVisitor，若是咱們只想從目錄樹中找到 txt 後綴的文件，能夠這樣作：

// 相對路徑
Path dir = Paths.get("chenmo");

try {
	Files.walkFileTree(dir, new SimpleFileVisitor<Path>() {
		@Override
		public FileVisitResult visitFile(Path file, BasicFileAttributes attrs) {
			if (file.toString().endsWith(".txt")) {
				System.out.println(file.getFileName());
			}
			return FileVisitResult.CONTINUE;
		}
	});
} catch (IOException e) {
	e.printStackTrace();
}
複製代碼

經過建立匿名內部類來重寫 SimpleFileVisitor 的 visitFile 方法，若是後綴名爲 txt 就打印出來。

0四、文件的刪除、複製、移動

建立一個文件很是的簡單，以前咱們已經體驗過了，那麼刪除一個文件也一樣的簡單，代碼示例以下：

Files.delete(file);
Files.deleteIfExists(file);
複製代碼

使用 Files.delete() 刪除文件以前最好使用 Files.exists() 判斷文件是否存在，不然會拋出 NoSuchFileException；Files.deleteIfExists() 則不用。

複製文件也不復雜，代碼示例以下：

Path source = Paths.get("沉默王二.txt");
Path target = Paths.get("沉默王二1.txt");
Files.copy(source, target);
複製代碼

移動文件和複製文件很是類似，代碼示例以下：

Path source = Paths.get("沉默王二.txt");
Path target = Paths.get("沉默王二1.txt");
Files.move(source, target);
複製代碼

0五、快速地讀寫文件

NIO 2.0 提供了帶有緩衝區的讀寫輔助方法，使用起來也很是的簡單。能夠經過 Files.newBufferedWriter() 獲取一個文件緩衝輸入流，並經過 write() 方法寫入數據；而後經過 Files.newBufferedReader() 獲取一個文件緩衝輸出流，經過 readLine() 方法讀出數據。代碼示例以下。

Path file = Paths.get("沉默王二.txt");

try (BufferedWriter writer = Files.newBufferedWriter(file, StandardCharsets.UTF_8)) {
	writer.write("一個有趣的程序員");
} catch (Exception e) {
	e.printStackTrace();
}

try (BufferedReader reader = Files.newBufferedReader(file, StandardCharsets.UTF_8)) {

	String line;
	while ((line = reader.readLine()) != null) {
		System.out.println(line);
	}
} catch (Exception e) {
	e.printStackTrace();
}
複製代碼

0六、重要：異步 I/O 操做

實話實說吧，上面提到的那些都算是 NIO 2.0 的甜點，而異步 I/O 操做（也稱 AIO）纔算是真正重要的內容。異步 I/O 操做能夠充分利用多核 CPU 的特色，不須要再像之前那樣啓動一個線程來對 I/O 進行處理，省得阻塞了主線程的其餘操做。

異步 I/O 操做的核心概念是發起非阻塞方式的 I/O 操做，當 I/O 操做完成時通知。能夠分爲兩種形式：Future 和 Callback。若是咱們但願主線程發起 I/O 操做並輪循等待結果時，通常使用 Future 的形式；而 Callback 的基本思想是主線程派出一個偵查員（CompletionHandler）到獨立的線程中執行 I/O 操做，操做完成後，會觸發偵查員的 completed 或者 failed 方法。

1）Future

先來看一個示例，代碼以下：

public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException, ExecutionException {
	Path file = Paths.get("沉默王二.txt");
	AsynchronousFileChannel channel = AsynchronousFileChannel.open(file);
	Future<Integer> result = channel.read(ByteBuffer.allocate(100_000), 0);
	while (!result.isDone()) {
		System.out.println("主線程繼續作事情");
	}

	Integer bytesRead = result.get();
	System.out.println(bytesRead);
}
複製代碼

1）經過 AsynchronousFileChannel.open() 打開一個異步文件通道 channel。

2）用 Future 來保存從通道中讀取的結果。

3）經過 isDone() 輪循判斷異步 I/O 操做是否完成，若是沒有完成的話，主線程能夠繼續作本身的事情。

2）Callback

先來看一個示例，代碼以下：

public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException, ExecutionException {
	Path file = Paths.get("沉默王二.txt");
	AsynchronousFileChannel channel = AsynchronousFileChannel.open(file);
	channel.read(ByteBuffer.allocate(100_000), 0, null, new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {
		public void completed(Integer result, ByteBuffer attachment) {
			System.out.println(result);
		}
		
		public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {
			System.out.println(exc.getMessage());
		}
	});
	
	System.out.println("主線程繼續作事情");

}
複製代碼

1）經過 AsynchronousFileChannel.open() 打開一個異步文件通道 channel。

2）在 read 方法中使用匿名內部類的形式啓用 CompletionHandler，而後實現 CompletionHandler 的兩個監聽方法，completed 的時候打印結果，failed 的時候打印異常信息。

不論是 Future 形式仍是 Callback 形式，總之異步 I/O 是一個強大的特性，能夠保證在處理大文件時性能不受到顯著的影響。

0七、最後

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