初识 Java NIO

Posted 2020-12-27 IVEGOTNOIDEA

一、初识nio

　　在 JDK 1. 4 中 新 加入 了 NIO( New Input/ Output) 类, 引入了一种基于通道和缓冲区的 I/O 方式，它可以使用 Native 函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在 Java 堆的 DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作，避免了在 Java 堆和 Native 堆中来回复制数据。

　　NIO 是一种同步非阻塞的 IO 模型。同步是指线程不断轮询 IO 事件是否就绪，非阻塞是指线程在等待 IO 的时候，可以同时做其他任务。同步的核心就是 Selector，Selector 代替了线程本身轮询 IO 事件，避免了阻塞同时减少了不必要的线程消耗；非阻塞的核心就是通道和缓冲区，当 IO 事件就绪时，可以通过写道缓冲区，保证 IO 的成功，而无需线程阻塞式地等待。

 

二、NIO中的重要概念

　　1、缓冲区（buffer）

　　NIO是基于缓冲区的IO方式。当一个链接建立完成后，IO的数据未必会马上到达，为了使数据到达时能够正确完成IO操作，在BIO（阻塞IO）中，等待IO的线程必须被阻塞，以全天候地执行IO操作。为了解决这种IO方式低效的问题，引入了缓冲区的概念，当数据到达时，可以预先被写入缓冲区，再由缓冲区交给线程，因此线程无需阻塞地等待。

　　常用缓冲区类型：

　　　ByteBuffer、MappedByteBuffer、CharBuffer、DoubleBuffer、FloatBuffer、IntBuffer、LongBuffer、ShortBuffer　　

　　缓冲区常用方法：

　　　allocate() - 分配一块缓冲区　　

　　　put() -  向缓冲区写数据

　　　get() - 向缓冲区读数据　　

　　　filp() - 将缓冲区从写模式切换到读模式　　

　　　clear() - 从读模式切换到写模式，不会清空数据，但后续写数据会覆盖原来的数据，即使有部分数据没有读，也会被遗忘；　　

　　　compact() - 从读数据切换到写模式，数据不会被清空，会将所有未读的数据copy到缓冲区头部，后续写数据不会覆盖，而是在这些数据之后写数据

　　　mark() - 对position做出标记，配合reset使用

　　　reset() - 将position置为标记值　　　　

　　缓冲区的一些属性：

　　　capacity - 缓冲区大小，无论是读模式还是写模式，此属性值不会变；

　　　position - 写数据时，position表示当前写的位置，每写一个数据，会向下移动一个数据单元，初始为0；最大为capacity - 1；切换到读模式时，position会被置为0，表示当前读的位置

　　　limit - 写模式下，limit 相当于capacity 表示最多可以写多少数据，切换到读模式时，limit 等于原先的position，表示最多可以读多少数据。

　　2、通道

　　通道是 I/O 传输发生时通过的入口，而缓冲区是这些数据传输的来源或目标。对于离开缓冲区的传输，您想传递出去的数据被置于一个缓冲区，被传送到通道。对于传回缓冲区的传输，一个通道将数据放置在您所提供的缓冲区中。

　　例如：有一个服务器通道 ServerSocketChannel serverChannel，一个客户端通道 SocketChannel clientChannel；服务器缓冲区：serverBuffer，客户端缓冲区：clientBuffer。当服务器想向客户端发送数据时，需要调用：clientChannel.write(serverBuffer)。当客户端要读时，调用 clientChannel.read(clientBuffer)；当客户端想向服务器发送数据时，需要调用：serverChannel.write(clientBuffer)。当服务器要读时，调用 serverChannel.read(serverBuffer)。

　　常用通道类型

　　　FileChannel：从文件中读写数据。　　

　　　DatagramChannel：能通过UDP读写网络中的数据。　　

　　　SocketChannel：能通过TCP读写网络中的数据。　　

　　　ServerSocketChannel：可以监听新进来的TCP连接，像Web服务器那样。对每一个新进来的连接都会创建一个SocketChannel。

　　3、选择器（selector）

　　通道和缓冲区的机制，使得线程无需阻塞地等待IO事件的就绪，但是总是要有人来监管这些IO事件。这个工作就交给了selector来完成，这就是所谓的同步。要使用Selector，得向Selector注册Channel，然后调用它的select()方法。这个方法会一直阻塞到某个注册的通道有事件就绪，这就是所说的轮询。一旦这个方法返回，线程就可以处理这些事件。

　　通道向选择器注册时，需要指定感兴趣的事件，选择器支持以下事件：

　　　SelectionKey.OP_CONNECT

　　　SelectionKey.OP_ACCEPT

　　　SelectionKey.OP_READ

　　　SelectionKey.OP_WRITE

 

三、小实例

　　使用nio简单实现了文件的复制。

public class Test {
    
    public static void main(String[] args) {
        FileInputStream fin = null;
        FileOutputStream fout = null;
        FileChannel fic = null;
        FileChannel foc = null;
        try {
            fin = new FileInputStream("F:\1.txt");
            fout = new FileOutputStream("F:\2.txt");
            
            //从FileInputStream创建用于输入的FileChannel
            fic = fin.getChannel();
            
            //从FileOutputStream创建用于输出的FileChannel
            foc = fout.getChannel();
            
            //建立buffer缓冲区，2的8次方
            ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024<<8);
            
            //根据read返回实际独处的字节数，终止循环
            //缓冲区从fic读取数据
            while(fic.read(buf)>0) {
                // 缓冲区翻转用于输出数据到focus
                buf.flip();
                foc.write(buf);
                //清空缓冲区用于下次读取
                buf.clear();
            }
            
            //安全释放资源
            if(fic != null)
                fic.close();
            if(foc != null)
                foc.close();
            if(fin != null)
                fin.close();
            if(fout != null)
                fout.close();
            
        } catch (FileNotFoundException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        } finally {
            
        }
    }

}

 

PS：因本人能力有限，如有误还请谅解；