java NIO

Posted 2020-10-14

一、简介

1、I/O

I/O指的是计算机与外部世界，或者程序与计算机其他部分的接口，即输入/输出。

在JAVA中，通常都以流的方式完成I/O，通过一个Stream对象操作。这种操作方法是堵塞的，无法移动读取位置的(只能一直往下读，不能后退)，并且效率较低。JAVA为了提高I/O效率，在1.4之后，推出了NIO。

2、NIO vs I/O

I/O	NIO
面向流，一次读取一个或多个字节,在流中无法前后移动	面向缓存，读取的数据先统一放在缓存中,在缓存中能前后移动
堵塞，从流读取数据时，线程无法做其他事情	非堵塞，数据还未完整读取到缓存中时，线程可以先做其他事
一对一：一条线程负责一个数据操作任务	一对多，一条线程负责多个数据操作任务

 

 

 

二、主要概念

NIO要实现面向缓存的非堵塞数据读取，依赖"Channel(通道)"和"Buffer(缓冲区)"；

NIO要实现一条线程管理多个数据操作，依赖"Selector(选择器)"。

1、Channel通道

定义

A channel represents an open connection to an entity such as a hardware device, a file, a network socket, or a program component that is capable of performing one or more distinct I/O operations, for example reading or writing.

即通过Channel，你可以和外部进行数据的读写。

虽然NIO的Channel和I/O的stream很像，不过还是有区别的：

• Channel总是面向缓存的，而流既可以一次读取一个或多个字节，也可以选择先把数据读到缓存中。
• Channel可读也可写，流只能读或者写。
• Channel可以异步读写

类型

根据Channel数据来源不同，Channel有不同的实现：

• FileChannel : A channel for reading, writing, mapping, and manipulating a file -> 用于文件的读写
• DatagramChannel : A selectable channel for datagram-oriented sockets -> 用于UDP的数据读写
• SocketChannel : A selectable channel for stream-oriented connecting sockets -> 用于TCP的数据读写
• ServerSocketChannel : A selectable channel for stream-oriented listening sockets -> 用于监听TCP连接请求，为每个请求再建立一个SocketChannel

I/O 和 NIO 数据操作对比

// I/O流操作
FileInputStream inputStream = new FileInputStream("io.txt");
byte[] data = new byte[1024];
while(inputStream.read(data) != -1){
    // 从流中读取多个字节，进行操作
}

 

// NIO channel操作
// 从文件流中获取channel
FileInputStream inputStream = new FileInputStream("nio.txt");
FileChannel fileChannel = inputStream.getChannel();

// 新建缓存，用于存放Channel读取的数据
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

// 通过Channel读取数据到缓存中
fileChannel.read(buffer);

Channel间数据传输

对于FileChannel之间，利用transferFrom和transferTo可以直接进行数据传输，提高性能。

将fromChannel中数据传输到toChannel 中，position指toChannel中开始的位置，count指接收的数据：

toChannel.transferFrom(fromChannel, position, count) 或

fromChannel.transferTo(position, count, toChannel)

2、buffer缓冲区

定义

A container for data of a specific primitive type.

A buffer is a linear, finite sequence of elements of a specific primitive type.  Aside from its content, the essential properties of a buffer are its capacity, limit, and position.

buffer缓冲区是一块内存，用于存放原始类型数据。它的特点是：线性，有限，有序，只能存一种原始类型数据。

属性

• capacity : A buffer‘s capacity is the number of elements it contains. -> 缓冲区大小
• limit : A buffer‘s limit is the index of the first element that should not be read or written. -> 用于标记读写的边界。读模式，limit表示目前缓冲区内存放的数据量。写模式，limit表示缓冲区最大的存放数，等于capacity.
• position: A buffer‘s position is the index of the next element to be read or written. -> 标记目前读或写的位置

类型

根据buffer中存放的原始类型不同，有以下几种Buffer实现

• DoubleBuffer
• FloatBuffer
• IntBuffer
• LongBuffer
• ShortBuffer
• ByteBuffer
• CharBuffer

基本用法

• 调用allocate()分配大小
• channel写数据到buffer
• 调用flip()  -> buffer默认是写模式，当要从Buffer中读数据时，需要手动调flip方法，转为读模式。(这时，limit置为position，position置为0)
• 从buffer中读数据
• 当要重新往buffer中写数据时，需要调用clear()或compact方法。

其他方法介绍

• clear : 将position置为0， limit置为capacity，清空buffer。对于还未读取的数据，直接丢失。
• compact：先将未读的数据复制到缓存的开头，position置到未读数据的后一位，limit置为capacity。
• rewind: 将position重置为0，这样我们可以重读Buffer数据
• mark和reset：用mark标记此时的posiiton，之后移动position。调用reset，会将position重置为mark标记的地方。

3、