java基础之NIO

以下内容摘自这个教程，对于异步编程和文件锁部分暂时还未接触。

1. 为什么要使用 NIO

NIO 的创建目的是为了让 java 程序员可以实现高速 I/O 而无需编写自定义的本机代码。NIO 将最耗时的 I/O 操作（即填充和提取缓冲区）转移回操作系统，因而可以极大地提高速度。

2. 核心对象

缓冲区 和通道是 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。

2.1 缓冲区

Buffer 是一个对象，它包含一些要写入或者刚读出的数据。在 NIO 中加入 Buffer 对象，体现了新库与原 I/O 的一个重要区别。在面向流的 I/O 中，我们将数据直接写入或者将数据直接读到 Stream 对象中。

在 NIO 库中，所有数据都是用缓冲区处理的。在读取数据时，它是直接读到缓冲区中的。在写入数据时，它是直接写入到缓冲区中的。在任何时候访问 NIO 中的数据，我们都是将它放到缓冲区中。

缓冲区实质上是一个数组。通常它是一个字节数组，但是也可以使用其他类型的数组。但是一个缓冲区不仅仅是一个数组。缓冲区提供了对数据的结构化访问，而且还可以跟踪系统的读/写进程。

下面是一个简单的小例子，通过 buffer.put 存储数据，通过 buffer.get 将里面的数据打印出来。这里的数据来源是自定义的数据，一般情况下可以从文件、网络中获取数据。

import java.nio.FloatBuffer;

public class UseFolatBuffer {
	public static void main(String[] args){
		FloatBuffer buffer = FloatBuffer.allocate(10);
		
		for(int i=0;i<buffer.capacity();i++){
			float f = (float)Math.sin( (((float)i)/10)*(2*Math.PI) );
			buffer.put(f);
		}
		
		// 从写模式切换到读模式
		buffer.flip();
		
		while(buffer.hasRemaining()){
			float f = buffer.get();
			System.out.println(f);
		}
	}
}

2.2 通道

Channel（通道）是一个对象，可以通过它读取和写入数据。拿 NIO 与原来的 I/O 做个比较，通道就像是流。

正如前面提到的，所有数据都通过 Buffer 对象来处理。我们永远不会将字节直接写入通道中，相反，我们是直接将数据写入包含一个或者多个字节的缓冲区。同样，我们也不会直接从通道中读取字节，而是将数据从通道读入缓冲区，再从缓冲区获取这个字节。

3. 基本操作

3.1 从文件中读取

从文件中读取数据时，主要由这三个步骤。首先从 FileInputStream 获取 Channel。其次，就是要创建一个 Buffer 用于存储数据了。最后，通过 Channel 将数据读到 Buffer 以便我们利用。还是看一下代码：

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class ReadFromFile {
	public static void main(String[] args)throws IOException{
		FileInputStream fn = new FileInputStream("a.txt");
		// 获取文件和缓冲区的通道
		FileChannel fc = fn.getChannel();
		
		// 创建缓冲区
		ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
		// 将文件中的数据读到缓冲区中
		fc.read(buffer);
		// 从写模式切换到读模式
		buffer.flip();
		while(buffer.remaining()>0){
			// 获取缓冲区中的数据
			byte b = buffer.get();
			System.out.print((char)b);
		}
		fn.close();
	}
}

3.2 写入文件

将数据写入到文件中的过程和将文件中的数据读取出来是类似的。一样是获取通道、创建缓冲区、写入数据这一系列操作。

import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class WriteToFile {
	
	static private final byte message[] = { 83, 111, 109, 101, 32,
            98, 121, 116, 101, 115, 46 };
	
	public static void main(String[] args)throws IOException{
		FileOutputStream fos = new FileOutputStream("b.txt");
		// 获取通道
		FileChannel fc = fos.getChannel();
		// 创建缓冲区
		ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
		
		// 往缓冲区中添加数据
		for(int i=0;i<message.length;i++)
			buf.put(message[i]);
		
		buf.flip();
		// 将数据通过通道写到文件中
		fc.write(buf);
		fos.close();
	}
}

4. 缓冲区内部细节

这一部分主要介绍一下 NIO 中一个重要的缓冲区组件：状态变量。

状态变量是缓冲区「内部统计机制」的关键。每一个读/写操作都会改变缓冲区的状态。通过记录和跟踪这些变化，缓冲区就可以更好的管理自己的资源。在缓冲区内部，使用三个值指定其在任意时刻的状态：

position
position 的英文意思是位置的意思，它表示下一个字节将存放到数据的哪一个位置上。例如，我们已经从通道中读取了三个字节到缓冲区中了，那么缓冲区中的 position 将会设置为 3，指向数组中的第四个元素。
limit
limit 变量表明还有多少数据需取出（在从缓冲区写入通道时），或者还有多少空间可以放入数据（在从通道中读入缓冲区时）。
capacity
capacity 表明可以存储在缓冲区中的最大数据容量。实际上，它指定了底层数组的大小。

下面通过图片说明下每次执行一个方法之后这三个变量的变化。
我们首先观察一个新创建的缓冲区。我们假设这个缓冲区的总容量为8个字节。 Buffer 的状态如下所示：
buffer

回想一下，limit 决不能大于 capacity，此例中这两个值都被设置为 8。我们通过将它们指向数组的尾部之后(如果有第8个槽，则是第8个槽所在的位置)来说明这点。

position 设置为0。如果我们读一些数据到缓冲区中，那么下一个读取的数据就进入 slot 0 。如果我们从缓冲区写一些数据，从缓冲区读取的下一个字节就来自 slot 0 。 position 设置如下所示：

由于 capacity 不会改变，所以我们在下面的讨论中可以忽略它。

第一次读取
现在我们可以开始在新创建的缓冲区上进行读/写操作。首先从输入通道中读一些数据到缓冲区中。第一次读取得到三个字节。它们被放到数组中从 position 开始的位置，这时 position 被设置为 0。读完之后，position 就增加到 3，如下所示：

limit 没有改变。

第二次读取
在第二次读取时，我们从输入通道读取另外两个字节到缓冲区中。这两个字节储存在由 position 所指定的位置上， position 因而增加 2：

limit 没有改变。

flip
现在我们要将数据写到输出通道中。在这之前，我们必须调用 flip() 方法。这个方法做两件非常重要的事：

它将 limit 设置为当前 position。
它将 position 设置为 0。

前一小节中的图显示了在 flip 之前缓冲区的情况。下面是在 flip 之后的缓冲区：

我们现在可以将数据从缓冲区写入通道了。 position 被设置为 0，这意味着我们得到的下一个字节是第一个字节。 limit 已被设置为原来的 position，这意味着它包括以前读到的所有字节，并且一个字节也不多。

第一次写入
在第一次写入时，我们从缓冲区中取四个字节并将它们写入输出通道。这使得 position 增加到 4，而 limit 不变，如下所示：

第二次写入
我们只剩下一个字节可写了。 limit在我们调用 flip() 时被设置为 5，并且 position 不能超过 limit。所以最后一次写入操作从缓冲区取出一个字节并将它写入输出通道。这使得 position 增加到 5，并保持 limit 不变，如下所示：

clear
最后一步是调用缓冲区的 clear() 方法。这个方法重设缓冲区以便接收更多的字节。 Clear 做两种非常重要的事情：

它将 limit 设置为与 capacity 相同。
它设置 position 为 0。

下图显示了在调用 clear() 后缓冲区的状态：

缓冲区现在可以接收新的数据了。本文仅仅是对原教程的一些整理，可能不够详细，整体的介绍流程也不够好，还是建议大家去看一下原教程

posted @ 2018-08-17 15:34 firepation 阅读(141) 评论(0) 编辑收藏举报

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