黑马程序员——————> NIO总结

传统IO有一个特征，输出流和输入流都是阻塞式的。不仅如此，传统传统的输入，输出流都是通过字节的移动来处理的，也就是说，面向流的输入／输出系统一次只能处理一个字节，因此面向流的输入输出系统效率不高。

JDK4开始，java提供了一些列改进的输入，输出处理的新功能，这些功能被统称为新IO，简称NIO，新增了许多用于处理输出/输入的类。

新IO和传统的IO有相同的目的，都是用于进行输入和输出，但新IO使用了不同的方式来处理输入和输出，新IO采用内存映射文件的方式来处理输入/输出，新IO将文件或文件的一段区域映射到内存中，这样就可以像访问内存一样来访问文件了，通过这种方式来进行输入/输出比传统的效率要快得多。

Channel(通道)     和Buffer(缓冲)       是新IO中的两个核心对象，Channel是对传统输入/输出系统的模拟，在新IO系统中所有的数据都需要通过通道传输：

Channel与传统的InputStream, OutputStream最大的区别在于它提供了一个map()方法，通过该map()方法可以直接将"一块数据"映射到内存中。如果说传统的输入/输出系统是面向流的处理，则新IO是面向块的处理。

Buffer  可以被理解成一个容器，它的本质是一个数组，发送到Channel中的所有对象都必须首先放在Buffer中，而从Channel中读取的数据也必须先放到Buffer中。

除了Channel和Buffer之外，新IO还提供了用于将Unicode字符串映射成字节序列以及逆映射操作的Charset类，也提供了用于支持非阻塞式输入/输出的Selector类。


使用Buffer
从内部结构上来看，Buffer就像一个数组，它可以保存多个类型相同的数据。Buffer是一个抽象类，其最常用的子类是ByetBuffer，它可以在底层字节数组上进行get/set操作。除了ByteBuffer之外，对于其他基本数据类型（boolean除外）都有相应的Buffer类。 

其中ByteBuffer类还有一个子类：MappedByteBuffer，它用于表示Channel将磁盘文件的部分或全部内容映射到内存中后得到的结果，通常MappedByteBuffer对象由Channel的map()方法返回。

在Buffer中有三个重要的概念：容量(capacity)    界限(limit)    和位置(position)
容量(capacity)：缓冲区的容量表示该Buffer的最大数据容量，即最多可以存储多少数据。缓冲区的容量不可能呢为负值，创建后不能改变。

界限(limit)：第一个不应该被读出或者写入的缓冲区位置索引。也就是说，位于limit后的数据即不可被读，也不可被写。

位置(position)：用于指明下一个可以被读出的或者写入的缓冲区位置索引（类似于IO流中的记录指针）。当使用Buffer从Channel中读取数据时，position的值恰好等于已经读到了多少数据。当刚刚新建一个Buffer对象时，其position为0；如果从Channel中读取了两个数据到该Buffer中，则position为2，指向Buffer中第三个(第一个位置的索引为0)位置。

除此之外，Buffer里还支持一个可选的标记，(mark，类似于传统IO流中的mark), Buffer允许直接将position定位到该mark处。这些值满足如下关系。
0<=mark<=position<=limit<=capacity


Buffer的主要作用就是装入数据，然后输出数据，开始时Buffer的position为0，limit为capacity，程序可通过put()方法想Buffer中放入一些数据（或者从Channel中获取一些数据），每放入一些数据，Buffer的 position相应的向后移动一些位置。

当Buffer装入数据后，调用Buffer的flip()方法，该方法将limit设置为position所在的位置，并将position设置为0，这就使得Buffer的读写指针又移到了开始位置 。也就是说Buffer调用flip()方法之后，Buffer为输出数据坐好准备；当Buffer输出数据结束后，Buffer调用clear()方法，clear()方法不是清空Buffer的数据，它仅仅将position设置为0，将limit置为capacity,这样再次向Buffer中装入数据坐好准备。

Buffer中包含两个重要的方法，即flip()和clear()， flip()为从Buffer中取出数据做好准备，而clear()为再次向Buffer中装入数据做好准备。
除此之外，Buffer还包含如下一些常用方法
int capacity()：返回Buffer的capacity大小
boolean hasRemaining()：判断当前位置和界限之间是否还有元素可供处理
int limit()：返回Buffer界限的位置
Buffer limit()：重新设置界限的值，并返回一个具有新的界限的缓冲区对象
Buffer mark()：设置Buffer的mark位置，它只能在0和位置之间做mark
int position()：返回Buffer中的位置值

下面程序示范了Buffer的一些常规操作：

 

public class BufferTest 

{

    public static void main(String[] args) 

    {

        //创建Buffer

        CharBuffer buff = CharBuffer.allocate(8);

        System.out.println("capacity: " + buff.capacity());

        System.out.println("limit: " + buff.limit());

        System.out.println("position " + buff.position());

        

        //放入元素

        buff.put('a');

        buff.put('b');

        buff.put("c");

        System.out.println("加入三个元素后，position = " + buff.position());

        

        //调用flip()方法

        buff.flip();

        System.out.println("执行flip()后，limit = " + buff.limit());

        System.out.println("position = " + buff.position());

        

        //取出第一个元素

        System.out.println("第一个元素(position):" + buff.get());

        System.out.println("取出第一个元素后,position = " + buff.position());

        

        //调用clear()方法

        buff.clear();

        System.out.println("执行clear()方法后，limit = " + buff.limit());

        System.out.println("执行clear()方法后， position = " +buff.position());

        System.out.println("执行clear()方法后，缓冲区内容并没有被清除：" + "第三个元素为： " + buff.get(2));

        System.out.println("执行绝对读取后，position = " + buff.position());

    }

 

}

 

 
通过allocate()方法创建的Buffer对象是普通Buffer，ByteBuffer还提供了一个allocateDirect()方法来创建直接Buffer。直接Buffer的创建成本比普通Buffer的创建成本高，但直接Buffer的读取效率更高。

由于直接Buffer的创建成本很高，所以直接Buffer只适用于长生存期的Buffer  而不适用于短生存期，一次用完就丢弃的Buffer。而且只有ByteBuffer才提供了allocateDirect()方法，所以只能在ByteBuffer级别上创建直接Buffer。如果希望使用其他类型，则应该将该Buffer转换成其他类型的Buffer。

 
使用Channel 
Channel类似于传统的流对象，但与传统的流对象有两个主要区别:
1:Channel可以直接将指定文件的部分或全部直接映射成Buffer 
2:程序不能直接访问Channel中的数据，包括读取，写入都不行，Channel只能于Buffer进行交互。也就是说，如果要从Channel中取得数据，必须先用Buffer从Channel中取出一些数据，然后让程序从Buffer中取出这些数据；如果要将程序中的数据写入Channel，一样先让程序将数据放入Buffer中，程序再将Buffer里的数据写入Channel中。

所有的Channel都不应该通过构造器来直接创建，而是通过传统的节点InputStream  OutputStream的getChannel()方法来返回对应的Channel，不同的节点流获得的Channel不一样。例如，FileInputStream, FileInputStream的getChannel()返回的是FileChannel。
而PipedInputStream 和 PipedOutputStreamde 的getChannel()返回的是Pipe.SinkChannel  Pipe.SourceChannel。

Channel中最常用的三类方法是mao()  read()  和write()，其中map()方法用于将Channel对应的部分或全部数据映射成ByteBuffer；而read()或write()方法都有一系列重载形式，这些方法用于从Buffer中读取数据或向Buffer中写入数据。

map方法的方法签名为：MappedByteBuffer  map(FileChannel.MapMode  mode,  long  position,  long  size)
第一个参数执行映射时的模式，分别有只读，读写等模式；而第二个，第三个参数用于控制将Channel的哪些数据映射成ByteBuffer

下面程序示范了直接将FileChannel的全部数据映射成ByteBuffer效果：

 

import java.io.File;

import java.io.FileInputStream;

import java.io.FileOutputStream;

import java.io.IOException;

import java.nio.CharBuffer;

import java.nio.MappedByteBuffer;

import java.nio.channels.FileChannel;

import java.nio.charset.Charset;

import java.nio.charset.CharsetDecoder;

 

public class FileChannelTest 

{

    public static void main(String[] args) 

    {

        File f = new File("FileChannelTest.java");

        try(

            //创建FileInputStream，以该文件输入流创建FileChannel

            FileChannel inChannel = new FileInputStream(f).getChannel();

            //以文件输出流创建FileChannel，用以控制输出

            FileChannel outChannel = new FileOutputStream("a.txt").getChannel())

        {

            //将FileChannel里的全部数据映射成ByteBuffer

            MappedByteBuffer buffer = inChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, f.length());

            //使用GBK的字符集来创建解码器

            Charset charset = Charset.forName("GBK");

            //直接将Buffer里的数据全部输出

            outChannel.write(buffer);

            //再次调用buffer的clear()方法，复原limit，position的位置

            buffer.clear();

            //创建解码器对象

            CharsetDecoder decoder = charset.newDecoder();

            //使用解码器将ByteBuffer转换成CharBuffer

            CharBuffer charBuffer = decoder.decode(buffer);

            //CharBuffer的toString方法可以获取对应的字符串

            System.out.println(charBuffer);

        }

        catch(IOException ex)

        {

            ex.printStackTrace();

        }

    }

 

}