NIO相关基础篇一

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说在前面

NIO相关知识是很多后续的一些基础知识，所以今天这篇文章仅仅是简单介绍，后续会继续有一到二篇相关NIO内容。

什么是NIO

Java NIO（ New IO） 是从Java 1.4版本开始引入的一个新的IO API，可以替代标准的Java IO API。NIO与原来的IO有同样的作用和目的，但是使用的方式完全不同， NIO支持面向缓冲区的、基于通道的IO操作。 NIO将以更加高效的方式进行文件的读写操作。

NIO与普通IO的主要区别

IO	NIO
面向流(Stream Oriented)	面向缓冲区(Buffer Oriented)
阻塞IO(Blocking IO)	非阻塞IO(Non Blocking IO)
(无)	选择器(Selectors)

• Channels and Buffers（通道和缓冲区）：标准的IO基于字节流和字符流进行操作的，而NIO是基于通道（Channel）和缓冲区（Buffer）进行操作，数据总是从通道读取到缓冲区中，或者从缓冲区写入到通道中。
• Asynchronous IO（异步IO）：Java NIO可以让你异步的使用IO，例如：当线程从通道读取数据到缓冲区时，线程还是可以进行其他事情。当数据被写入到缓冲区时，线程可以继续处理它。从缓冲区写入通道也类似。
• Selectors（选择器）：Java NIO引入了选择器的概念，选择器用于监听多个通道的事件（比如：连接打开，数据到达）。因此，单个的线程可以监听多个数据通道。

**说明：**Asynchronous IO（异步IO）、Selectors（选择器）等后续文章会继续介绍的。

缓冲区（Buffer）

通过上面NIO与普通IO的主要区别也可以看到在基本的IO操作中所有的操作都是基于流进行操作的，而在NIO中所有的操作都是基于缓冲区继续操作的，所有的读写操作都是通过缓存区来进行完成，缓冲区（Buffer）是一个线性的、有序的数据集，只能容纳特定的数据类型（基本就是基本数据类型对应的Buffer或者起子类）。

各各数据类型的缓存区类

缓存区类	相关描述
ByteBuffer	存储字节的Buffer
CharBuffer	存储字符的Buffer
ShortBuffer	存储短整型的Buffer
IntBuffer	存储整型的Buffer
LongBuffer	存储长整型的Buffer
FloatBuffer	存储单精度浮点型Buffer
DoubleBuffer	存储双精度浮点型Buffer

**备注：**看到上面这几类是不是想起了JAVA的8种基本数据类型，唯一缺少boolean对于的类型。

第一问：为什么boolean不需要缓存呢？ 可以查阅之前写的：java二进制相关基础，里面有描述规范中数字的内部表示和存储，boolean所占位数1bit（取值只有true或者false），由于字节(byte)是操作系统和所有I/O设备使用的基本数据类型，所以基本都是以字节或者连续的一段字节来存储表示，所以就没有boolean，感觉也没有必要boolean类型的缓存操作（像RocketMQ源码里面可能把一个Int里面的某位来表示boolean，其他位继续来存储数据，欢迎关注我的公众号【匠心零度】，后续RocketMQ源码类分析的时候如何运用上述技巧进行说明等，其实上面我写的好几篇文章都是为了后续RocketMQ源码分析做准备的）。

Buffer使用

读数据：

• flip()方法
  • 将Buffer从写模式切换到读模式
  • 调用flip()方法会将position设回0，并将limit设置成之前position的值。
  • buf.flip();
• buf.get()
  • 读取数据
• Buffer.rewind()
  • 将position设回0，所以你可以重读Buffer中的所有数据
  • limit保持不变，仍然表示能从Buffer中读取多少个元素（byte、char等）
• Buffer.mark()方法，可以标记Buffer中的一个特定position。之后可以通过调用。
• Buffer.reset()方法，恢复到Buffer.mark()标记时的position。
• clear()方法会：
  • 清空整个缓冲区。
  • position将被设回0，limit被设置成 capacity的值
• compact()方法：
  • 只会清除已经读过的数据；任何未读的数据都被移到缓冲区的起始处，新写入的数据将放到缓冲区未读数据的后面。
  • 将position设到最后一个未读元素正后面，limit被设置成 capacity的值。

写数据： buf.put(127);

缓冲区的基本属性

• 容量 (capacity):表示 Buffer 最大数据容量，缓冲区容量不能为负，并且创建后不能更改。
• 限制 (limit):第一个不应该读取或写入的数据的索引，即位于 limit 后的数据不可读写。缓冲区的限制不能为负，并且不能大于其容量。
• 位置 (position):下一个要读取或写入的数据的索引。缓冲区的位置不能为负，并且不能大于其限制。

**备注：**标记、 位置、 限制、 容量遵守以下不变式： 0 <= position <= limit <= capacity。

为了更形象解释上面重要属性，准备配上简单代码以及图来进行说明就容易懂了。

//第一步，获取IntBuffer，通过IntBuffer.allocate操作
IntBuffer buf = IntBuffer.allocate(10) ;	// 准备出10个大小的缓冲区

//第二步未操作前输出属性值
System.out.println("position = " + buf.position() + "，limit = " + buf.limit() + "，capacty = " + buf.capacity()) ;

//第三步进行设置数据
buf.put(6) ;	// 设置一个数据
buf.put(16) ;	// 设置二个数据

//第四步操作后输出属性值
System.out.println("position = " + buf.position() + "，limit = " + buf.limit() + "，capacty = " + buf.capacity()) ;

//第五步将Buffer从写模式切换到读模式 postion = 0 ,limit = 原本position
buf.flip() ;	 

//第六步操作后输出属性值
System.out.println("position = " + buf.position() + "，limit = " + buf.limit() + "，capacty = " + buf.capacity()) ;

程序输出结果：

position = 0，limit = 10，capacty = 10
position = 2，limit = 10，capacty = 10
position = 0，limit = 2，capacty = 10

查看下图来进行说明：

通道（Channel）

通道表示打开到 IO 设备(例如：文件、套接字)的连接。若需要使用 NIO 系统，需要获取用于连接 IO 设备的通道以及用于容纳数据的缓冲区。然后操作缓冲区，对数据进行处理。Channel 负责传输， Buffer 负责存储。通道是由 java.nio.channels 包定义的。 Channel 表示 IO 源与目标打开的连接。Channel 类似于传统的“流”。只不过 Channel本身不能直接访问数据， Channel 只能与Buffer 进行交互。

通道都是操作缓存区完成全部的功能的。

Java中所有已知 Channel 实现类：

• AbstractInterruptibleChannel
• AbstractSelectableChannel
• DatagramChannel
• FileChannel
• Pipe.SinkChannel
• Pipe.SourceChannel
• SelectableChannel
• ServerSocketChannel
• SocketChannel

常用的有入下几个：

• FileChannel：用于读取、写入、映射和操作文件的通道。
• DatagramChannel：通过 UDP 读写网络中的数据通道。
• SocketChannel：通过 TCP 读写网络中的数据。
• ServerSocketChannel：可以监听新进来的 TCP 连接，对每一个新进来的连接都会创建一个 SocketChannel。

获取通道

获取通道的一种方式是对支持通道的对象调用getChannel() 方法。支持通道的类如下：

• FileInputStream
• FileOutputStream
• RandomAccessFile
• DatagramSocket
• Socket
• ServerSocket

获取通道的其他方式是使用 Files 类的静态方法 newByteChannel() 获取字节通道。或者通过通道的静态方法 open() 打开并返回指定通道。

FileChannel

• 为了更形象解释说明的Channel，下面准备以FileChannel的一些简单代码进行说明就容易懂了。
• 准备以FileOutputStream类为准，这两个类都是支持通道操作的。

String info[] = {"欢迎","关注","匠心零度","的","公众号","谢谢！！"} ;
File file = new File("d:" + File.separator + "testfilechannel.txt") ; 
FileOutputStream output = null ;
FileChannel fout = null;
try {
	output = new FileOutputStream(file) ;
	fout = null;
	fout = output.getChannel() ;	// 得到输出的通道
	ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024) ; 
	for(int i=0;i<info.length;i++){
		buf.put(info[i].getBytes()) ;	// 字符串变为字节数组放进缓冲区之中
	}
	buf.flip() ;
	fout.write(buf) ;	// 输出缓冲区的内容
} catch (Exception e) {
	e.printStackTrace();
}finally{
	if(fout!=null){
		try {
			fout.close() ;
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
	if(output!=null){
		try {
			output.close() ;
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

程序运行效果：

**说明:**今天只是NIO相关基础篇一，所以有很多并没有涉及到，希望上面说的这样让大家有一个新的了解，未完待续……

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