java拓展----NIO

一、介绍java中的IO

　　java中的IO分许多种 

　　具体介绍请往这走http://blog.51cto.com/stevex/1284437

　　java IO 中的NIO的英译名为（new IO ） 他是的出现时在JDK1.4版本才有的。

　　NIO 的它实则是一种非阻塞的IO，它是一种基于缓存区的IO读写。

　　以前的BIO是一种基于流的读写。每次读写都消耗一个字节数据。而NIO则是一种面向块的读写。每次读写都消耗一个数据块。在操作的速度上要比BIO快许多。

二、使用NIO

　　首先介绍一下NIO的必须要知道的几个词汇

　　1.通道　　2.缓冲区

　　通道 和 缓冲区 是 NIO 中的核心对象，几乎在每一个 I/O 操作中都要使用它们。

　　通道是对原 I/O 包中的流的模拟。到任何目的地(或来自任何地方)的所有数据都必须通过一个 Channel 对象。一个 Buffer 实质上是一个容器对象。发送给一个通道的所有对象都必须首先放到缓冲区中；同样地，从通道中读取的任何数据都要读到缓冲区中。

　　NIO同时支持多路IO复用。（多个通道连接到同一个缓冲区）

　　

　　NIO中程序操作的是缓冲区。文件的读取步骤将缓冲区中的数据读取全部读取到。然后将缓冲区中的缓存内容清除。NIO中文件写入操作则是将缓存中的缓存内容写入到文件中去。

·　  以下是一个基于BIO的简单文件拷贝的实现。

package com.demo.io.nio;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.RandomAccessFile;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class FileChannelTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        FileInputStream fis = new FileInputStream("C:\\Users\\Desktop\\test.jsp");
        FileChannel foc = new FileOutputStream("C:\\Users\\Desktop\\test.txt").getChannel();
        FileChannel fic = fis.getChannel();
        //创建一个缓冲区大小为48的ByteBuffer
        ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocate(2);
        int br = 0;
        while((br=fic.read(bb))!= -1) {
            //bb.flip() 的调用，首先读取数据到Buffer，然后反转Buffer,接着再从Buffer中读取数据
            bb.flip();
            //告诉当前位置和极限之间是否存在任何元素(此缓冲区中有元素)
            while(bb.hasRemaining()) {
                foc.write(bb);
            }
            System.out.println();
            //缓存满了就会清理缓存
            bb.clear();
        }
        fic.close();
        fis.close();        
    }
}

 

三、简单的文件操作

　　操作流程图：

 

代码:

public class NIOFileChannel {
  public static void main(String[] args) throws IOException {
    String str = "hello world";
    //  创建一个输出流
    FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("C:\\file\\file01.txt");
    //  使用输出流获取到对应的FileChannel
    FileChannel fileChannel = fileOutputStream.getChannel();
    //  创建一个缓冲区
    ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
    //  将要写入的数据放入byteBuffer中
    byteBuffer.put(str.getBytes());
    //  反转ByteBuffer
    byteBuffer.flip();
    //  将缓冲区的数据写入通道中
    fileChannel.write(byteBuffer);
    fileChannel.close();
    fileOutputStream.close();
  }
}

public class NIOFileChannelRead {
  public static void main(String[] args) throws IOException {
    //  创建文件输入流
    FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("C:\\file\\file01.txt");
    FileChannel fileChannel = fileInputStream.getChannel();
    //  创建缓冲区
    ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(4);
    while (true) {
      //  将数据读取到fileChannel中
      int read = fileChannel.read(byteBuffer);
      if (read == -1) {
        break;
      }
      //  这里如果缓冲区满了需要清空一下才能继续读
      byteBuffer.clear();
      //  输出数据内容
      System.out.println(new String(byteBuffer.array()));
    }
    fileChannel.close();
    fileInputStream.close();
  }
}

public class NIOFileChannelCopy {
  public static void main(String[] args) throws IOException {
    // 创建相关流
    FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("C:\\file\\file01.txt");
    FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("C:\\file\\file02.txt");
    //  获取相关管道
    FileChannel sourceCh = fileInputStream.getChannel();
    FileChannel destCh = fileOutputStream.getChannel();

    //  使用transferForm完成拷贝
    destCh.transferFrom(sourceCh, 0, sourceCh.size());
    sourceCh.close();
    destCh.close();
  }
}

四、零拷贝

大家都说NIO的效率很高，使用到了零拷贝，至于什么是零拷贝，我们需要先探究一下Java文件读取机制。

零拷贝（Zero-copy）技术指在计算机执行操作时，CPU 不需要先将数据从一个内存区域复制到另一个内存区域，从而可以减少上下文切换以及 CPU 的拷贝时间。它的作用是在数据报从网络设备到用户程序空间传递的过程中，减少数据拷贝次数，减少系统调用，实现 CPU 的零参与，彻底消除 CPU 在这方面的负载。实现零拷贝用到的最主要技术是 DMA 数据传输技术和内存区域映射技术。

简单点讲就是零拷贝就是没有CPU拷贝

BIO拷贝方式（经过4次拷贝，三次态的切换）

1. DMA拷贝：直接内存拷贝，不使用CPU

2.CPU拷贝：讲内存中的数据经过CPU拷贝到用户缓冲区

3.CPU拷贝：讲数据拷贝到Socket buffer中

4.DMA拷贝：将数据拷贝到我们的协议栈

mmap拷贝方式（经过三次拷贝，三次态的切换）

1. DMA 拷贝

2.用户缓冲区与内核缓冲区存在内存映射不会进行拷贝

3.CPU拷贝到socket buffert

4.socket buffer DMA拷贝到协议栈

sendFile（经过两次次拷贝，两次态的切换）

Linux 2.1 提供

1.DMA拷贝

2.内核缓冲区拷贝到sockert buffer

3.DMA拷贝到协议栈

 Linux 2.4提供

1.DMA拷贝

2.内核缓冲区直接DMA拷贝到协议栈

五、后记

个人觉得Java NIO 的API 是非常难用的。这里我推荐大家使用Netty。Netty封装的API相对来说好用很多。