Java NIO 詳解（一）

1、基本概念描述

1.1 I/O簡介

I/O即輸入輸出，是計算機與外界世界的一個藉口。IO操做的實際主題是操做系統。在java編程中，通常使用流的方式來處理IO，全部的IO都被視做是單個字節的移動，經過stream對象一次移動一個字節。流IO負責把對象轉換爲字節，而後再轉換爲對象。

關於Java IO相關知識請參考個人另外一篇文章：Java IO 詳解

1.2 什麼是NIO

NIO即New IO，這個庫是在JDK1.4中才引入的。NIO和IO有相同的做用和目的，但實現方式不一樣，NIO主要用到的是塊，因此NIO的效率要比IO高不少。

在Java API中提供了兩套NIO，一套是針對標準輸入輸出NIO，另外一套就是網絡編程NIO，本篇文章重點介紹標NIO，關於網絡編程NIO請見Java NIO詳解（二）。

1.3 流與塊的比較

NIO和IO最大的區別是數據打包和傳輸方式。IO是以流的方式處理數據，而NIO是以塊的方式處理數據。

面向流的IO一次一個字節的處理數據，一個輸入流產生一個字節，一個輸出流就消費一個字節。爲流式數據建立過濾器就變得很是容易，連接幾個過濾器，以便對數據進行處理很是方便而簡單，可是面向流的IO一般處理的很慢。

面向塊的IO系統以塊的形式處理數據。每個操做都在一步中產生或消費一個數據塊。按塊要比按流快的多，但面向塊的IO缺乏了面向流IO所具備的有雅興和簡單性。

2、NIO基礎

Buffer和Channel是標準NIO中的核心對象（網絡NIO中還有個Selector核心對象，具體請參考Java NIO詳解（二）），幾乎每個IO操做中都會用到它們。

Channel是對原IO中流的模擬，任何來源和目的數據都必須經過一個Channel對象。一個Buffer實質上是一個容器對象，發給Channel的全部對象都必須先放到Buffer中；一樣的，從Channel中讀取的任何數據都要讀到Buffer中。

2.1 關於Buffer

Buffer是一個對象，它包含一些要寫入或讀出的數據。在NIO中，數據是放入buffer對象的，而在IO中，數據是直接寫入或者讀到Stream對象的。應用程序不能直接對 Channel 進行讀寫操做，而必須經過 Buffer 來進行，即 Channel 是經過 Buffer 來讀寫數據的。

在NIO中，全部的數據都是用Buffer處理的，它是NIO讀寫數據的中轉池。Buffer實質上是一個數組，一般是一個字節數據，但也能夠是其餘類型的數組。但一個緩衝區不只僅是一個數組，重要的是它提供了對數據的結構化訪問，並且還能夠跟蹤系統的讀寫進程。

使用 Buffer 讀寫數據通常遵循如下四個步驟：

1. 寫入數據到 Buffer；
2. 調用 flip() 方法；
3. 從 Buffer 中讀取數據；
4. 調用 clear() 方法或者 compact() 方法。

當向 Buffer 寫入數據時，Buffer 會記錄下寫了多少數據。一旦要讀取數據，須要經過 flip() 方法將 Buffer 從寫模式切換到讀模式。在讀模式下，能夠讀取以前寫入到 Buffer 的全部數據。

一旦讀完了全部的數據，就須要清空緩衝區，讓它能夠再次被寫入。有兩種方式能清空緩衝區：調用 clear() 或 compact() 方法。clear() 方法會清空整個緩衝區。compact() 方法只會清除已經讀過的數據。任何未讀的數據都被移到緩衝區的起始處，新寫入的數據將放到緩衝區未讀數據的後面。

Buffer主要有以下幾種：

2.3 關於Channel

Channel是一個對象，能夠經過它讀取和寫入數據。能夠把它看作IO中的流。可是它和流相比還有一些不一樣：

1. Channel是雙向的，既能夠讀又能夠寫，而流是單向的
2. Channel能夠進行異步的讀寫
3. 對Channel的讀寫必須經過buffer對象

正如上面提到的，全部數據都經過Buffer對象處理，因此，您永遠不會將字節直接寫入到Channel中，相反，您是將數據寫入到Buffer中；一樣，您也不會從Channel中讀取字節，而是將數據從Channel讀入Buffer，再從Buffer獲取這個字節。

由於Channel是雙向的，因此Channel能夠比流更好地反映出底層操做系統的真實狀況。特別是在Unix模型中，底層操做系統一般都是雙向的。

在Java NIO中Channel主要有以下幾種類型：

• FileChannel：從文件讀取數據的
• DatagramChannel：讀寫UDP網絡協議數據
• SocketChannel：讀寫TCP網絡協議數據
• ServerSocketChannel：能夠監聽TCP鏈接

3、從理論到實踐：NIO中的讀和寫

IO中的讀和寫，對應的是數據和Stream，NIO中的讀和寫，則對應的就是通道和緩衝區。NIO中從通道中讀取：建立一個緩衝區，而後讓通道讀取數據到緩衝區。NIO寫入數據到通道：建立一個緩衝區，用數據填充它，而後讓通道用這些數據來執行寫入。

3.1 從文件中讀取

咱們已經知道，在NIO系統中，任什麼時候候執行一個讀操做，您都是從Channel中讀取，而您不是直接從Channel中讀取數據，由於全部的數據都必須用Buffer來封裝，因此您應該是從Channel讀取數據到Buffer。

所以，若是從文件讀取數據的話，須要以下三步：

1. 從FileInputStream獲取Channel
2. 建立Buffer
3. 從Channel讀取數據到Buffer

下面咱們看一下具體過程：
第一步：獲取通道

FileInputStream fin = new FileInputStream( "readandshow.txt" );
FileChannel fc = fin.getChannel();  
123

第二步：建立緩衝區

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate( 1024 );
12

第三步：將數據從通道讀到緩衝區

fc.read( buffer );
12

3.2 寫入數據到文件

相似於從文件讀數據，
第一步：獲取一個通道

FileOutputStream fout = new FileOutputStream( "writesomebytes.txt" );
FileChannel fc = fout.getChannel();
123

第二步：建立緩衝區，將數據放入緩衝區

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate( 1024 );

for (int i=0; i<message.length; ++i) {
 buffer.put( message[i] );
}
buffer.flip();
1234567

第三步：把緩衝區數據寫入通道中

fc.write( buffer );
12

3.3 讀寫結合

CopyFile是一個很是好的讀寫結合的例子，咱們將經過CopyFile這個實力讓你們體會NIO的操做過程。CopyFile執行三個基本的操做：建立一個Buffer，而後從源文件讀取數據到緩衝區，而後再將緩衝區寫入目標文件。

/**
 * 用java NIO api拷貝文件
 * @param src
 * @param dst
 * @throws IOException
 */
public static void copyFileUseNIO(String src,String dst) throws IOException{
    //聲明源文件和目標文件
            FileInputStream fi=new FileInputStream(new File(src));
            FileOutputStream fo=new FileOutputStream(new File(dst));
            //得到傳輸通道channel
            FileChannel inChannel=fi.getChannel();
            FileChannel outChannel=fo.getChannel();
            //得到容器buffer
            ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(1024);
            while(true){
                //判斷是否讀完文件
                int eof =inChannel.read(buffer);
                if(eof==-1){
                    break;  
                }
                //重設一下buffer的position=0，limit=position
                buffer.flip();
                //開始寫
                outChannel.write(buffer);
                //寫完要重置buffer，重設position=0,limit=capacity
                buffer.clear();
            }
            inChannel.close();
            outChannel.close();
            fi.close();
            fo.close();
}     
12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334

4、須要注意的點

上面程序中有三個地方須要注意

4.1 檢查狀態

當沒有更多的數據時，拷貝就算完成，此時 read() 方法會返回 -1 ，咱們能夠根據這個方法判斷是否讀完。

int r= fcin.read( buffer );
if (r==-1) {
     break;
     }
12345

4.2 Buffer類的flip、clear方法

控制buffer狀態的三個變量

• position：跟蹤已經寫了多少數據或讀了多少數據，它指向的是下一個字節來自哪一個位置
• limit：表明還有多少數據能夠取出或還有多少空間能夠寫入，它的值小於等於capacity。
• capacity：表明緩衝區的最大容量，通常新建一個緩衝區的時候，limit的值和capacity的值默認是相等的。

flip、clear這兩個方法即是用來設置這些值的。

flip方法

咱們先看一下flip的源碼：

public final Buffer flip() {
    limit = position;
    position = 0;
    mark = -1;
    return this;
 }

在上面的FileCopy程序中，寫入數據以前咱們調用了buffer.flip();方法，這個方法把當前的指針位置position設置成了limit，再將當前指針position指向數據的最開始端，咱們如今能夠將數據從緩衝區寫入通道了。 position 被設置爲 0，這意味着咱們獲得的下一個字節是第一個字節。 limit 已被設置爲原來的 position，這意味着它包括之前讀到的全部字節，而且一個字節也很少。

clear方法

先看一下clear的源碼：

public final Buffer clear() {
    position = 0;
    limit = capacity;
    mark = -1;
    return this;
}

在上面的FileCopy程序中，寫入數據以後也就是讀數據以前，咱們調用了 buffer.clear();方法，這個方法重設緩衝區以便接收更多的字節。上圖顯示了在調用 clear() 後緩衝區的狀態。

轉載請說明出處，原文連接：http://blog.csdn.net/suifeng3051/article/details/48160753