Java NIO使用及原理分析(三)
Java NIO使用及原理分析(三)
本文转载自:李会军•宁静致远,供自己参考学习之用
在上一篇文章中介绍了缓冲区内部对于状态变化的跟踪机制,而对于NIO中缓冲区来说,还有很多的内容值的学习,如缓冲区的分片与数据共享,只读缓冲区等。在本文中我们来看一下缓冲区一些更细节的内容。
缓冲区的分配
在前面的几个例子中,我们已经看过了,在创建一个缓冲区对象时,会调用静态方法allocate()来指定缓冲区的容量,其实调用 allocate()相当于创建了一个指定大小的数组,并把它包装为缓冲区对象。或者我们也可以直接将一个现有的数组,包装为缓冲区对象,如下示例代码所示:
public class BufferWrap { public void myMethod() { // 分配指定大小的缓冲区 ByteBuffer buffer1 = ByteBuffer.allocate(10); // 包装一个现有的数组 byte array[] = new byte[10]; ByteBuffer buffer2 = ByteBuffer.wrap( array ); } }
缓冲区分片
在NIO中,除了可以分配或者包装一个缓冲区对象外,还可以根据现有的缓冲区对象来创建一个子缓冲区,即在现有缓冲区上切出一片来作为一个新的缓冲区,但现有的缓冲区与创建的子缓冲区在底层数组层面上是数据共享的,也就是说,子缓冲区相当于是现有缓冲区的一个视图窗口。调用slice()方法可以创建一个子缓冲区,让我们通过例子来看一下:
1 import java.nio.*; 2 3 public class Program { 4 static public void main( String args[] ) throws Exception { 5 ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate( 10 ); 6 7 // 缓冲区中的数据0-9 8 for (int i=0; i<buffer.capacity(); ++i) { 9 buffer.put( (byte)i ); 10 } 11 12 // 创建子缓冲区 13 buffer.position( 3 ); 14 buffer.limit( 7 ); 15 ByteBuffer slice = buffer.slice(); 16 17 // 改变子缓冲区的内容 18 for (int i=0; i<slice.capacity(); ++i) { 19 byte b = slice.get( i ); 20 b *= 10; 21 slice.put( i, b ); 22 } 23 24 buffer.position( 0 ); 25 buffer.limit( buffer.capacity() ); 26 27 while (buffer.remaining()>0) { 28 System.out.println( buffer.get() ); 29 } 30 } 31 }
在该示例中,分配了一个容量大小为10的缓冲区,并在其中放入了数据0-9,而在该缓冲区基础之上又创建了一个子缓冲区,并改变子缓冲区中的内容,从最后输出的结果来看,只有子缓冲区“可见的”那部分数据发生了变化,并且说明子缓冲区与原缓冲区是数据共享的,输出结果如下所示:
只读缓冲区
只读缓冲区非常简单,可以读取它们,但是不能向它们写入数据。可以通过调用缓冲区的asReadOnlyBuffer()方法,将任何常规缓冲区转 换为只读缓冲区,这个方法返回一个与原缓冲区完全相同的缓冲区,并与原缓冲区共享数据,只不过它是只读的。如果原缓冲区的内容发生了变化,只读缓冲区的内容也随之发生变化:
1 import java.nio.*; 2 3 public class Program { 4 static public void main( String args[] ) throws Exception { 5 ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate( 10 ); 6 7 // 缓冲区中的数据0-9 8 for (int i=0; i<buffer.capacity(); ++i) { 9 buffer.put( (byte)i ); 10 } 11 12 // 创建只读缓冲区 13 ByteBuffer readonly = buffer.asReadOnlyBuffer(); 14 15 // 改变原缓冲区的内容 16 for (int i=0; i<buffer.capacity(); ++i) { 17 byte b = buffer.get( i ); 18 b *= 10; 19 buffer.put( i, b ); 20 } 21 22 readonly.position(0); 23 readonly.limit(buffer.capacity()); 24 25 // 只读缓冲区的内容也随之改变 26 while (readonly.remaining()>0) { 27 System.out.println( readonly.get()); 28 } 29 } 30 }
如果尝试修改只读缓冲区的内容,则会报ReadOnlyBufferException异常。只读缓冲区对于保护数据很有用。在将缓冲区传递给某个 对象的方法时,无法知道这个方法是否会修改缓冲区中的数据。创建一个只读的缓冲区可以保证该缓冲区不会被修改。只可以把常规缓冲区转换为只读缓冲区,而不能将只读的缓冲区转换为可写的缓冲区。
直接缓冲区
直接缓冲区是为加快I/O速度,使用一种特殊方式为其分配内存的缓冲区,JDK文档中的描述为:给定一个直接字节缓冲区,Java虚拟机将尽最大努 力直接对它执行本机I/O操作。也就是说,它会在每一次调用底层操作系统的本机I/O操作之前(或之后),尝试避免将缓冲区的内容拷贝到一个中间缓冲区中 或者从一个中间缓冲区中拷贝数据。要分配直接缓冲区,需要调用allocateDirect()方法,而不是allocate()方法,使用方式与普通缓冲区并无区别,如下面的拷贝文件示例:
1 import java.io.*; 2 import java.nio.*; 3 import java.nio.channels.*; 4 5 public class Program { 6 static public void main( String args[] ) throws Exception { 7 String infile = "c:\\test.txt"; 8 FileInputStream fin = new FileInputStream( infile ); 9 FileChannel fcin = fin.getChannel(); 10 11 String outfile = String.format("c:\\testcopy.txt"); 12 FileOutputStream fout = new FileOutputStream( outfile ); 13 FileChannel fcout = fout.getChannel(); 14 15 // 使用allocateDirect,而不是allocate 16 ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect( 1024 ); 17 18 while (true) { 19 buffer.clear(); 20 21 int r = fcin.read( buffer ); 22 23 if (r==-1) { 24 break; 25 } 26 27 buffer.flip(); 28 29 fcout.write( buffer ); 30 } 31 } 32 }
内存映射文件I/O
内存映射文件I/O是一种读和写文件数据的方法,它可以比常规的基于流或者基于通道的I/O快的多。内存映射文件I/O是通过使文件中的数据出现为 内存数组的内容来完成的,这其初听起来似乎不过就是将整个文件读到内存中,但是事实上并不是这样。一般来说,只有文件中实际读取或者写入的部分才会映射到内存中。如下面的示例代码:
1 import java.io.*; 2 import java.nio.*; 3 import java.nio.channels.*; 4 5 public class Program { 6 static private final int start = 0; 7 static private final int size = 1024; 8 9 static public void main( String args[] ) throws Exception { 10 RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile( "c:\\test.txt", "rw" ); 11 FileChannel fc = raf.getChannel(); 12 13 MappedByteBuffer mbb = fc.map( FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 14 start, size ); 15 16 mbb.put( 0, (byte)97 ); 17 mbb.put( 1023, (byte)122 ); 18 19 raf.close(); 20 } 21 }