NIO基础篇(一)
1.NIO与传统IO的比较
Java的NIO(New IO)是不同于旧IO的，旧的IO是基于字节流和字符流的，是阻塞的IO。NIO是基于通道(Channel)和缓冲区(Buffer)的，是非阻塞的IO。
使用旧IO每次读取一行数据流的流程图如下，Thread必须等待，等待readline读到一行的数据并返回。
使用NIO，可以周期判断Buffer中是否有数据，没有数据时还可以去做其它的事情。基于缓存(Buffer)在一定程度上减少了读写速度不一致所带来的等待。
NIO可以使用单线程管理多个通道（网络连接或文件），但付出的代价是解析数据可能会比从一个阻塞流中读取数据更复杂。如果需要管理同时打开的成千上万个连接，这些连接每次只是发送少量的数据，例如聊天服务器，实现NIO的服务器可能是一个优势。
如果有少量的连接使用非常高的带宽，一次发送大量的数据，旧IO模型实现可能非常契合。
Java中几种IO的比较：
BIO：传统的IO，是同步阻塞IO
NIO：同步非阻塞IO，轮询缓冲区的状态。
AIO: jdk1.7开始支持，异步非阻塞IO
2.Channel、Buffer和Selector
NIO的核心组成部分：Channel、Buffer和Selector。
选择器(Selector)用于监听多通道中的事件。
Channel的主要实现：
- FileChannel : 从文件中读写数据
- DatagramChannel : 基于UDP读写网络中的数据
- SocketChannel : 基于TCP读写网络中的数据
- ServerSocketChannel : 监听新进来的TCP连接，像Web服务器那样。对每一个新进来的连接都会创建一个SocketChannel
Buffer的主要实现：
- ByteBuffer
- CharBuffer
- DoubleBuffer
- FloatBuffer
- IntBuffer
- LongBuffer
- ShortBuffer
Buffer中还有一个特殊的类型：MappedByteBuffer，用于实现内存映射。
向Selector注册Channel，然后调用它的select()方法，这个方法会一直阻塞到通道中事件的发生，如新建连接、数据接收等。
3.Channel示例
我们将从文件中读取内容并打印，将使用Channel和Buffer。
文件中的内容如下：
if you try,you may have a chance! if you try,you may have a chance2! 朋友! 朋友! 朋友! 朋友! 朋友! 朋友! 朋友!
读写的例子程序如下，其中还考虑了中文和读到半个中文字符的情况，只适用于文件编码格式为GBK的情形，这时一个汉字占2个字节。编码为UTF-8时，占用3个字节，需要重新考虑：
package nio; import java.io.RandomAccessFile; import java.nio.ByteBuffer; import java.nio.channels.FileChannel; public class nio { public static void main(String[] args) throws Exception { nio n = new nio(); n.readDataToBuffer(); } private void readDataToBuffer() throws Exception { RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("test.txt", "rw"); FileChannel inChannel = aFile.getChannel(); ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48); byte [] bytes = new byte [48]; int index = 0; buf.put("just for test ".getBytes(),3,6); //直接往buffer中放数据 int bytesRead = inChannel.read(buf); //数据通过chanel读到buffer中 int isChineseCharacterIndex = 0; while (bytesRead != -1) { //缓冲区数据大小，-1表示没有数据 buf.flip(); //从写模式切换到读模式 while (buf.hasRemaining()) { bytes[index] = buf.get(); if(bytes[index]<0){ //判断在最后读到半个汉字的情况，汉字占2个byte，这2个byte都是小于0的 isChineseCharacterIndex ++; } index++; } if(isChineseCharacterIndex%2 !=0){ //读到了半个汉字的情况，这半个汉字不显示，并将这半个汉字重新加到buffer中 System.out.println("Read " + (index-1)); System.out.println(new String(bytes,0,index-1)); buf.position(index-1); buf.compact(); }else{ System.out.println("Read " + index); System.out.println(new String(bytes,0,index)); buf.clear(); } bytesRead = inChannel.read(buf); index = 0; isChineseCharacterIndex = 0; //bytes = new byte [48]; read new data will override the old one
} inChannel.position(inChannel.size()); //定位到文件末尾 //inChannel.write(ByteBuffer.wrap("\r\n朋友!".getBytes())); inChannel.close(); aFile.close(); } }
输出结果为：
Read 48 t for if you try,you may have a chance! if you Read 47 try,you may have a chance2! 朋友! 朋友! 朋 Read 31 友! 朋友! 朋友! 朋友! 朋友!
分析一下上面的代码， ByteBuffer.allocate(48)定义了一个大小为48B的缓冲区，inChannel.read(buf)是通过管道向缓冲区中写入数据，bytesRead != -1是指通过管道向缓冲区中写入的数据流不为空，下面的代码是循环的从缓冲区中读出所写入的数据。
buf.flip() 是反转Buffer的读写状态，从之前的写状态变为读状态。
Channel从文件中读数据到Buffer中时，我们也可以直接向Buffer中写入数据。flip切换成写状态时，写入到Channel中的数据也将写入到文件中。
还需要注意的是：buf.position(index-1); buf.compact();作用是只保留最后一位字符(也就是半个中文字符)并移至Buffer顶端后清空Buffer。
读完缓冲区中的数据后调用clear方法将清空缓冲区的数据。
4.Buffer示例
理解Buffer，首先需要理解position、limit和capacity在读模式和写模式中的不同作用。
position在读模式表示当前写入数据的位置，从0开始，写模式下，position从0增加到capacity-1。读模式下position表示可以读取到的数据的位置，position将一直等于0。
limit在写模式下等于capacity，表示最多可以写入多少数据。limit在读模式下，表示Buffer中一共有多少个数据。
capacity在读模式和写模式下的作用相同，都表示最多可以写入多少数据。
理解position、limit和capacity在读模式和写模式中的不同作用后，还需要了解Buffer中一些常用方法的使用，如下。
clear()，只是把指针移到位置0，并没有真正清空数据。
flip()， limit = position，指针指向0，常在读模式和写模式切换时使用。
rewind()，指针指向0。
compact()，压缩数据。比如当前capacity是6，当前指针指向2（即0,1的数据已经写出了，没用了），那么compact方法将把2,3,4,5的数据挪到0,1,2,3的位置。
clear()和rewind()都是为新读入数据做好准备，区别在于clear会将capacity重置，而rewind不会重置capacity。
关于clear、flip、rewind、compact和clear方法的使用，可以参考下面的例子：
package nio; import java.io.RandomAccessFile; import java.nio.ByteBuffer; import java.nio.channels.FileChannel; public class nio2 { public static void main(String[] args) throws Exception { nio2 n = new nio2(); n.readDataToBuffer(); } private void readDataToBuffer() throws Exception { RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("test.txt", "rw"); FileChannel inChannel = aFile.getChannel(); //一般在把数据写入Buffer前调用clear,一般在从Buffer读出数据前调用flip,一般在把数据重写入Buffer前调用rewind //Buffer and it's subclass is not thread safety ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48); byte [] chars = new byte [48]; int index = 0; int bytesRead = inChannel.read(buf); System.out.println("============test rewind and clear method begin==============="); if (bytesRead != -1) { System.out.println("Read " + bytesRead); buf.flip(); //change read mode to write mode while (buf.hasRemaining()) { chars[index] = buf.get(); index++; } System.out.println(new String(chars,0,index)); //中文的情况 } buf.rewind(); //rewind method just reset the pointer position,not clear buffer,and we can get the data again index = 0; System.out.println("Read " + bytesRead); //buf.flip(); //change write mode to read mode,and when write mode change to read mode,buffer will clear //System.out.println("position: " + buf.position()+ ",capacity: " + buf.capacity() + ",limit: " + buf.limit()); //buf.clear(); //clear method just reset the pointer position,not clear buffer,and we can get the data again while (buf.hasRemaining()) { chars[index] = buf.get(); index++; } System.out.println(new String(chars)); System.out.println("============test rewind and clear method end==============="); //test compact method, System.out.println("============test compact method begin==============="); buf.position(35); //assume has read 35 byte,set the pointer to 35 buf.compact(); //will not clear the buffer,but copy date 35-47 to 0-12,and the pointer to 13 System.out.println("position: " + buf.position()+ ",capacity: " + buf.capacity() + ",limit: " + buf.limit()); index = 0; for(int i=0;i<13;i++){ chars[index] = buf.get(i); index++; } System.out.println("data before the pointer: " + new String(chars,0,index)); index = 0; while (buf.hasRemaining()) { chars[index] = buf.get(); index++; } System.out.println("data after the pointer: " + new String(chars,0,index)); System.out.println("============test compact method end==============="); //test mark and reset method System.out.println("============test mark and reset method begin==============="); index = 0; buf.rewind(); while (buf.hasRemaining()) { chars[index] = buf.get(); index++; if(index == 13){ buf.mark(); } } buf.reset(); System.out.println("position after reset: " + buf.position()); index = 0; while (buf.hasRemaining()) { chars[index] = buf.get(); index++; } System.out.println("data after reset: " + new String(chars,0,index)); System.out.println("============test mark and reset method end==============="); inChannel.close(); aFile.close(); } }
输出结果为：
============test rewind and clear method begin=============== Read 48 if you try,you may have a chance! if you try,yo Read 48 if you try,you may have a chance! if you try,yo ============test rewind and clear method end=============== ============test compact method begin=============== position: 13,capacity: 48,limit: 48 data before the pointer: if you try,yo data after the pointer: u may have a chance! if you try,yo ============test compact method end=============== ============test mark and reset method begin=============== position after reset: 13 data after reset: u may have a chance! if you try,yo ============test mark and reset method end===============
写数据到Buffer有两种方式：
从Channel写到Buffer。 int bytesRead = inChannel.read(buf);
通过Buffer的put()方法写到Buffer里。 buf.put(127);
从Buffer中读取数据有两种方式：
从Buffer读取数据到Channel。 int bytesWritten = inChannel.write(buf);
使用get()方法从Buffer中读取数据。 byte aByte = buf.get();
还可以直接将一个Channel中的数据直接传输到另一个Channel中，可以见下面的例子：
package nio; import java.io.RandomAccessFile; import java.nio.channels.FileChannel; public class nio3 { public static void main(String[] args) throws Exception{ RandomAccessFile fromFile = new RandomAccessFile("test.txt", "rw"); FileChannel fromChannel = fromFile.getChannel(); RandomAccessFile toFile = new RandomAccessFile("toFile.txt", "rw"); FileChannel toChannel = toFile.getChannel(); long position = 0; long count = fromChannel.size(); toChannel.transferFrom(fromChannel,position, count); //fromChannel.transferTo(position, count, toChannel); toChannel.close(); //channel关闭时会将数据写入 fromFile.close(); toFile.close(); } }
运行代码后，将把test.txt中的内容拷贝到toFile.txt。
