Java NIO

Posted 2021-02-20 sw_kong

java NIO包括了以下几个核心部分:

• Channel

• Buffer

• Selector

java NIO是非阻塞IO，比如：线程请求把channel中的数据读入到buffer，当channle执行读数据到buffer时，线程可以去做其他事，不用一直等它。一旦数据读入缓冲区，线程就可以继续处理它。同理，将buffer中的数据写入到channer也是如此。

channel

在标准的IO API中，使用的是字节流和字符流。在NIO中，使用的是Channel 和Buffer。数据从Channel 读入Buffer，或者从Buffer写入Channel 。

通常，NIO中的所有IO都从一个channel开始的，channel有点类似流。

 

 Java NIO中使用核心channel如下

• FileChannel 用于文件的数据读写

• DatagramChannel 用于UDP的数据读写

• SocketChannel 用于TCP的数据读写，一般是客户端实现

• ServerSocketChannel 允许我们监听TCP链接请求，每个请求会创建会一个SocketChannel，一般是服务器实现

buffer（缓冲区）

Java NIO中使用的核心缓冲区如下：

• ByteBuffer

• CharBuffer

• DoubleBuffer

• FloatBuffer

• IntBuffer

• LongBuffer

• ShortBuffer

Selector

Selector允许一个线程处理多个channel，比如在聊天服务器中，可能会打开许多连接(channel)，但是每个连接(channel)的流量很低，这种情况下，selector这种机制就很适合啦。

 

 

使用buffer读写数据

利用Buffer读写数据的步骤：

• 把数据写入buffer

• 调用flip

• 从Buffer中读取数据

• 调用buffer.clear()或者buffer.compact()清空数据

当写入数据到buffer中时，buffer会记录已经写入的数据大小。当需要读数据时，通过 flip() 方法把buffer从写模式切换为读模式；在读模式下，可以读取所有已经写入的数据。 当读取完数据后，需要清空buffer，以便后续写入操作。清空buffer有两种方式：调用 clear() 或 compact() 方法。clear会清空整个buffer，compact则只清空已读取的数据，未被读取的数据会被移动到buffer的开始位置，写入位置则近跟着未读数据之后。

Buffer的容量，位置，上限（Buffer Capacity, Position and Limit）

Buffer缓冲区实质上就是一块内存，用于写入数据，也供后续再次读取数据。这块内存被NIO Buffer管理，并提供一系列的方法用于更简单的操作这块内存。 一个Buffer有三个属性是必须掌握的，分别是：

• capacity容量

• position位置

• limit限制

position和limit的具体含义取决于当前buffer的模式。capacity在两种模式下都表示容量。 下面有张示例图，描诉了读写模式下position和limit的含义：

 

容量（Capacity） 作为一块内存，buffer有一个固定的大小，叫做capacit（容量）。也就是最多能写入容量值的字节，整形等数据。一旦buffer写满了就需要清空已读数据以便下次继续写入新的数据.

位置（Position） 当写入数据到Buffer的时候需要从一个确定的位置开始，默认初始化时这个位置position为0，一旦写入了数据比如一个字节，整形数据，那么position的值就会指向数据之后的一个单元，position最大可以到capacity-1.

当从Buffer读取数据时，也需要从一个确定的位置开始。buffer从写入模式变为读取模式时，position会归零，每次读取后，position向后移动。

上限（Limit） 在写模式，limit的含义是我们所能写入的最大数据量，它等同于buffer的容量。

分配一个buffer（Allocating a Buffer）

在每个Buffer类中，allocate()方法用于分配缓冲区。 下面来看看ByteBuffer分配容量为28字节的例子:

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(28);

下面来看看另一个示例：CharBuffer分配空间大小为2048个字符

CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(2048);

写数据到buffer（Writing Data to a Buffer）

写数据到Buffer有两种方式

1. 从Channel中写数据到Buffer

2. 手动写数据到Buffer，通过调用put方法

从Channel写数据到Buffer示例：

 int bytesRead = inChannel.read(buf); //read into buffer.

通过put写数据示例：

buf.put(127);

put方法有很多不同版本，对应不同的写数据方法。例如把数据写到特定的位置，或者把一个字节数据写入buffer。看考JavaDoc文档可以查阅的更多数据。

flip()切换

flip()方法可以把Buffer从写模式切换到读模式。调用flip方法会把position归零，并设置limit为之前的position的值。 也就是说，现在position代表的是读取位置，limit标示的是已写入的数据位置。

从Buffer读取数据（Reading Data from a Buffer）

从Buffer读数据也有两种方式

1. 从buffer读数据到channel

2. 从buffer直接读取数据，调用get方法

读取数据到channel的例子：

int bytesWritten = inChannel.write(buf);

调用get读取数据的例子：

byte aByte = buf.get();

get也有诸多版本，对应了不同的读取方式。

rewind()

Buffer.rewind()方法将position置为0，这样我们可以重复读取buffer中的数据。limit保持不变。

clear() and compact()

• 一旦我们从buffer中读取完数据，需要复用buffer为下次写数据做准备。只需要调用clear()或compact()方法。

• 如果调用的是clear()方法，position将被设置为0，limit被设置成 capacity的值。换句话说，Buffer 被清空了。Buffer中的数据并未清除，只是这些标记告诉我们可以从哪里开始往Buffer里写数据。

• 如果Buffer还有一些数据没有读取完，调用clear就会导致这部分数据被“遗忘”，因为我们没有标记这部分数据未读。 针对这种情况，如果需要保留未读数据，那么需要使用compact()。

• 因此 compact() 和 clear() 的区别就在于: 对未读数据的处理，是保留还是一起清空 。

mark()与reset()方法

通过调用Buffer.mark()方法，可以标记Buffer中的一个特定position。之后可以通过调用Buffer.reset()方法恢复到这个position。例如：

buffer.mark();
//call buffer.get() a couple of times, e.g. during parsing.
buffer.reset();  //set position back to mark.    

equals() and compareTo()

可以用eqauls和compareTo比较两个buffer equals():

判断两个buffer相对，需满足：

• 类型相同

• buffer中剩余字节数相同

• 所有剩余字节相等

从上面的三个条件可以看出，equals只比较buffer中的部分内容，并不会去比较每一个元素。 compareTo(): compareTo也是比较buffer中的剩余元素，只不过这个方法适用于比较排序的：

一个简单的java NIO读写数据例子

        RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("I:\\\\nio-data.txt", "rw");
        FileChannel inChannel = aFile.getChannel();
​
        //分配一个48字节的缓冲区
        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
        //读取数据到buffer,会记录当前已经读到buffer中数据的大小
        int bytesRead = inChannel.read(buf);
        while (bytesRead != -1) {
​
            System.out.println("Read " + bytesRead);
            //使用flip()方法把Buffer从写模式切换到读模式
            buf.flip();
​
            while(buf.hasRemaining()){
                //reads data from Buffer
                System.out.print((char) buf.get());//每次读取出一个字节
            }
​
            //buffer已经完全读完，将buffer清空，为写做准备
            buf.clear();
​
            //接着读数据到buffer
            bytesRead = inChannel.read(buf);
        }
        aFile.close();

 

参考：

http://tutorials.jenkov.com/java-nio/index.html

https://github.com/wangzhiwubigdata