Java中的NIO

since:jdk1.4

1)特点:

	基于通道,面向缓冲区的非阻塞IO  

2)IO与NIO的比较:

	1)IO是面向流的,NIO是(基于通道)面向缓冲区的:IO将数据直接写出到流中或从流中直接读取数据,NIO中所有的数据必须通过缓冲区来处理。 
	2)IO以流(逐字节)的方式处理数据,NIO以块的方式处理数据。  
	3)IO是阻塞的,NIO是非阻塞的:
		传统的IO流:
			1>一个线程调用read()或write()方法时,该线程被阻塞,直到有一些数据被读取或写入。
			2>网络通信进行IO操作时,由于线程会被阻塞,因此,服务器必须为每个客户端提供一个独立的线程来处理IO操作。
			3>当服务器需要处理大量客户端时,性能急剧下降。
			
		NIO:
			1>当线程从某通道进行读写数据时,若没有数据可用,此时,该线程可以处理其它的任务。
			2>线程通常将非阻塞IO的空闲时间用在其它通道上的IO操作
			3>因此,一个线程可以管理多个输入和输出通道。
			
3)核心API:

	缓冲区:java.nio.Buffer
	
		1)缓冲区从两个方面来提高I/O的效率:  
			1>减少实际的物理读写次数  
			2>缓冲区所占的内存空间一直在被复用,减少了动态分配内存及GC的次数。
			
		2)缓冲区是一个数组,java.nio.ByteBuffer是最常见的缓冲区。  
			1>BtyeBuffer提供了两个创建字节缓冲区的方法:
				allocate(int capacity):将缓冲区建立在JVM的内存中。
				allocateDirect(int capacity):将缓冲区建立在物理内存中,创建的缓冲区称为直接缓冲区,可以进一步提高I/O的速度。  
			直接缓冲区:
				1)分配直接缓冲区的开销比较大,因此只有在大型、持久的缓冲区(易受操作系统的本机I/O影响)中才会使用直接缓冲区。  
				2)直接缓冲区的内容可以驻留在常规的垃圾回收堆之外,因此,它们对应用程序的内存需求量造成的影响可能并不明显。
				3)直接字节缓冲区还可以通过FileChannel的map()方法将文件区域直接映射到内存中来创建 

			非直接缓冲区:
				物理磁盘 --- read() ---> 内核地址空间 --- copy ---> 用户地址空间(JVM)  --- read() ---> 应用程序

			直接缓冲区:
				物理磁盘 --- read() ---> 操作系统的物理内存(映射文件)  --- read() ---> 应用程序

				
	通道:Channel  
		
		1)概念:通道表示打开到IO设备(文件、套接字)的连接。
		
		2)说明:
			1)NIO中通道的作用和IO中流的作用相似,都是用来传输数据的。  
			2)NIO中所有的数据都是通过缓冲区来处理的,通道就是用来连接缓冲区和数据源的:  		

		3)流与通道的比较:  
			1>IO中的流是单向的,而NIO中的通道是双向的。  
			
		4)Channel的实现类:
	
			本地IO:
				FileChannel:用于读取、写入、映射和操作文件的通道。适用于对本地文件的操作。
			
			网络IO:
				TCP:
					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。
				UDP:
					DatagramChannel:		通过UDP读写网络中的数据通道。
		
		5)获取通道的方法:
			方法一:对支持通道的对象调用getChannel()方法,支持通道的类如下:
				FileInputStream
				FileOutputStream
				RandomAccessFile
				Socket
				ServerSocket
				DatagramSocket

			方法二:
				Files.newByteChannel() 
				
				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


Java NIO (New IO) 是Java SE 1.4引入的一个新的IO API,可以用来替代Java标准IO和Java网络编程中的Socket和ServerSocket。Java NIO提供了非阻塞的IO操作,可以实现更高效的网络编程。 以下是Java NIO的一个使用案例: ```java import java.io.IOException; import java.net.InetSocketAddress; import java.nio.ByteBuffer; import java.nio.channels.ServerSocketChannel; import java.nio.channels.SocketChannel; import java.util.Scanner; public class NIOServer { public static void main(String[] args) throws IOException { // 创建ServerSocketChannel并绑定端口 ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open(); serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999)); serverSocketChannel.configureBlocking(false); System.out.println("NIOServer started on port 9999"); // 创建一个ByteBuffer用于读取数据 ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024); while (true) { // 接收客户端连接 SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept(); if (socketChannel != null) { System.out.println("Client connected from " + socketChannel.getRemoteAddress()); // 读取客户端发送的数据 int bytesRead = socketChannel.read(buffer); while (bytesRead != -1) { buffer.flip(); while (buffer.hasRemaining()) { System.out.print((char) buffer.get()); } buffer.clear(); bytesRead = socketChannel.read(buffer); } socketChannel.close(); } // 处理控制台输入 Scanner scanner = new Scanner(System.in); String message = scanner.nextLine(); if (message.equals("quit")) { break; } } // 关闭ServerSocketChannel serverSocketChannel.close(); } } ``` 该程序实现了一个简单的NIO服务器,它监听9999端口,接收客户端连接并读取客户端发送的数据。程序通过一个无限循环来保持运行,可以通过控制台输入"quit"来退出程序。在程序运行过程中,可以使用telnet命令来模拟客户端连接并发送数据: ``` telnet localhost 9999 ``` 输入数据后,按下Enter键,然后可以在服务器控制台上看到客户端发送的数据。
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