JAVA NIO 简介

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1.   基本 概念

IO 是主存和外部设备 ( 硬盘、终端和网络等 ) 拷贝数据的过程。 IO 是操作系统的底层功能实现，底层通过 I/O 指令进行完成。

所有语言运行时系统提供执行 I/O 较高级别的工具。 (c 的 printf scanf,java 的面向对象封装 )

2.    Java 标准 io 回顾

Java 标准 IO 类库是 io 面向对象的一种抽象。基于本地方法的底层实现，我们无须关注底层实现。 InputStream\OutputStream( 字节流 ) ：一次传送一个字节。 Reader\Writer( 字符流 ) ：一次一个字符。

3.    nio 简介

nio 是 java New IO 的简称，在 jdk1.4 里提供的新 api 。 Sun 官方标榜的特性如下：

–     为所有的原始类型提供 (Buffer) 缓存支持。

–     字符集编码解码解决方案。

–     Channel ：一个新的原始 I/O 抽象。

–     支持锁和内存映射文件的文件访问接口。

–     提供多路 (non-bloking) 非阻塞式的高伸缩性网络 I/O 。

本文将围绕这几个特性进行学习和介绍。

4.   Buffer&Chanel

Channel 和 buffer 是 NIO 是两个最基本的数据类型抽象。

Buffer:

–        是一块连续的内存块。

–        是 NIO 数据读或写的中转地。

Channel:

–        数据的源头或者数据的目的地

–        用于向 buffer 提供数据或者读取 buffer 数据 ,buffer 对象的唯一接口。

–         异步 I/O 支持

图1：channel和buffer关系
 

 

例子 1:CopyFile.java:

Java代码 

1. package sample;  
2.   
3. import java.io.FileInputStream;  
4. import java.io.FileOutputStream;  
5. import java.nio.ByteBuffer;  
6. import java.nio.channels.FileChannel;  
7.   
8. public class CopyFile {  
9.     public static void main(String[] args) throws Exception {  
10.         String infile = "C:\\copy.sql";  
11.         String outfile = "C:\\copy.txt";  
12.         // 获取源文件和目标文件的输入输出流  
13.         FileInputStream fin = new FileInputStream(infile);  
14.         FileOutputStream fout = new FileOutputStream(outfile);  
15.         // 获取输入输出通道  
16.         FileChannel fcin = fin.getChannel();  
17.         FileChannel fcout = fout.getChannel();  
18.         // 创建缓冲区  
19.         ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);  
20.         while (true) {  
21.             // clear方法重设缓冲区，使它可以接受读入的数据  
22.             buffer.clear();  
23.             // 从输入通道中将数据读到缓冲区  
24.             int r = fcin.read(buffer);  
25.             // read方法返回读取的字节数，可能为零，如果该通道已到达流的末尾，则返回-1  
26.             if (r == -1) {  
27.                 break;  
28.             }  
29.             // flip方法让缓冲区可以将新读入的数据写入另一个通道  
30.             buffer.flip();  
31.             // 从输出通道中将数据写入缓冲区  
32.             fcout.write(buffer);  
33.         }  
34.     }  
35. }  

 

 

其中 buffer 内部结构如下 ( 下图拷贝自资料 ):

图2：buffer内部结构 

一个 buffer 主要由 position,limit,capacity 三个变量来控制读写的过程。此三个变量的含义见如下表格：

参数	写模式	读模式
position	当前写入的单位数据数量。	当前读取的单位数据位置。
limit	代表最多能写多少单位数据和容量是一样的。	代表最多能读多少单位数据，和之前写入的单位数据量一致。
capacity	buffer 容量	buffer 容量

Buffer 常见方法：

flip(): 写模式转换成读模式

rewind() ：将 position 重置为 0 ，一般用于重复读。

clear() ：清空 buffer ，准备再次被写入 (position 变成 0 ， limit 变成 capacity) 。

compact(): 将未读取的数据拷贝到 buffer 的头部位。

mark() 、 reset():mark 可以标记一个位置， reset 可以重置到该位置。

Buffer 常见类型： ByteBuffer 、 MappedByteBuffer 、 CharBuffer 、 DoubleBuffer 、 FloatBuffer 、 IntBuffer 、 LongBuffer 、ShortBuffer 。

channel 常见类型 :FileChannel 、 DatagramChannel(UDP) 、 SocketChannel(TCP) 、 ServerSocketChannel(TCP)

在本机上面做了个简单的性能测试。我的笔记本性能一般。 ( 具体代码可以见附件。见 nio.sample.filecopy 包下面的例子 ) 以下是参考数据：

–        场景 1 ： Copy 一个 370M 的文件

–        场景 2: 三个线程同时拷贝，每个线程拷贝一个 370M 文件

 

场景	FileInputStream+ FileOutputStream	FileInputStream+ BufferedInputStream+ FileOutputStream	ByteBuffer+ FileChannel	MappedByteBuffer +FileChannel
场景一时间 ( 毫秒)	25155	17500	19000	16500
场景二时间 ( 毫秒 )	69000	67031	74031	71016

5.    nio.charset

字符编码解码 : 字节码本身只是一些数字，放到正确的上下文中被正确被解析。向 ByteBuffer 中存放数据时需要考虑字符集的编码方式，读取展示 ByteBuffer 数据时涉及对字符集解码。

Java.nio.charset 提供了编码解码一套解决方案。

以我们最常见的 http 请求为例，在请求的时候必须对请求进行正确的编码。在得到响应时必须对响应进行正确的解码。

以下代码向 baidu 发一次请求，并获取结果进行显示。例子演示到了 charset 的使用。

例子 2BaiduReader.java

Java代码 

1. package nio.readpage;  
2.   
3. import java.nio.ByteBuffer;  
4. import java.nio.channels.SocketChannel;  
5. import java.nio.charset.Charset;  
6. import java.net.InetSocketAddress;