java基础---NIO

NIO

从JDK1.4开始Java引入了一系列改进的输入/输出处理的新功能，统称为NIO，即新IO，新增了许多用于处理输入输出的类，新IO采用内存映射文件的方式处理输入输出，新IO将文件或文件的一段区域映射到内存中，这样就可以像访问内存一样来访问文件，这种方式进行输入输出比传统的输入输出快的多

NIO基础

Channel通道和Buffer缓冲是NIO中的两个核心对象

• Chanel是对传统输入输出系统的模拟，通过map方法可以将一块数据映射到内存中
• Buffer本质是一个数组，发送到Channel中的所有对象都必须先放到Buffer中，而从Channel中读取的数据必须先放到Buffer中

NIO和多路复用的区别

IO模型

• 同步阻塞IO（Blocking IO）：即传统的IO模型
• 同步非阻塞IO（Non-blocking IO）：默认创建的socket都是阻塞的，非阻塞IO要求socket被设置为NONBLOCK。注意这里所说的NIO并非Java的NIO（New IO）库
• 多路复用IO（IO Multiplexing）：即经典的Reactor设计模式，有时也称为异步阻塞IO，Java中的Selector和Linux中的epoll都是这种模型
• 异步IO（Asynchronous IO）：即经典的Proactor设计模式，也称为异步非阻塞IO。

java NIO就是采用多路复用IO模式

在多路复用IO模型中，会有一个线程（Java中的Selector）不断去轮询多个socket的状态，只有当socket真正有读写事件时，才真正调用实际的IO读写操作。因为在多路复用IO模型中，只需要使用一个线程就可以管理多个socket，系统不需要建立新的进程或者线程，也不必维护这些线程和进程，并且只有在真正有socket读写事件进行时，才会使用IO资源，所以它大大减少了资源占用。

Buffer的使用

Buffer是一个抽象类，主要作用是用于装入数据，然后输出数据

• 最常见的子类ByteBuffer可以在底层字节数组上进行get/set操作
• 其它基本数据类型都有对应的Buffer类：CharBuffer、 ShortBuffer、 IntBuffer、 LongBuffer、FloatBuffer、 DoubleBuffer

静态方法static XxxBuffer allocate(int capacity)创建一个容量为capacity的XxxBuffer对象

Buffer中有3个重要概念：容量capacity、界限limit和位置position

• 容量capacity表示该Buffer的最大数据容量，创建后则不能改变
• 界限limit，位于limit后的数据既不可被读，也不可被写
• 位置position用于指明下一个可以被读出的或者写入缓冲区的位置索引
• 标记mark位置

Buffer的position为0，limit为capacity，程序可以通过put方法向Buffer写入一些数据，每放入一些数据，Buffer的position响应的向后移动。

读文件、写文件操作

package com.yan3;

import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class Test2 {
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		File file = new File("data/nio.data");
		FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
		FileChannel channel = fis.getChannel();// channel管道
		ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate((int) file.length());//
		int len = 0;
		while ((len = channel.read(buffer)) > 0) {
			buffer.clear();
			byte[] arr = buffer.array();
			String ss = new String(arr, 0, len);
			System.out.println(ss);
		}
	}
}

/*
 * Buffer是一个抽象类，主要作用是用于装入数据，然后输出数据
 * 
 * - 最常见的子类ByteBuffer可以在底层字节数组上进行get/set操作 - 其它基本数据类型都有对应的Buffer类：CharBuffer、
 * ShortBuffer、 IntBuffer、 LongBuffer、 FloatBuffer、 DoubleBuffer
 * 
 * 静态方法static XxxBuffer allocate(int capacity)创建一个容量为capacity的XxxBuffer对象
 * 
 * Buffer中有3个重要概念：容量capacity、界限limit和位置position -
 * 容量capacity表示该Buffer的最大数据容量，创建后则不能改变 - 界限limit，位于limit后的数据既不可被读，也不可被写 -
 * 位置position用于指明下一个可以被读出的或者写入缓冲区的位置索引 - 标记mark位置
 * 
 * Buffer的position为0，limit为capacity，程序可以通过put方法向Buffer写入一些数据，
 * 每放入一些数据，Buffer的position响应的向后移动。
 */

package com.yan3;

import java.io.FileOutputStream;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.charset.StandardCharsets;

public class Test1 {
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		FileOutputStream fos = new FileOutputStream("data/nio.data");
		FileChannel channel = fos.getChannel();
		ByteBuffer buffer = StandardCharsets.UTF_8.encode("内蒙人喜欢骑马射箭1");
		int len = 0;
		while ((len = channel.write(buffer)) != 0) {
			System.out.println(len);
		}
		fos.close();
	}
}

Buffer类的常用方法

• capacity():int返回Buffer的容量大小
• hasRemaining():boolean判断是否还有元素可以进行处理
• remaining():int返回当前位置和界限之间的元素个数
• position():int返回当前操作的位置
• mark():Buffer设置Buffer的标记位置，只能在0和position之间做标记
• reset():Buffer将位置position转到mark所在的位置
• rewind():Buffer将位置position设置到0，取消设置的mark
• put(obj)用于向Buffer中放入数据
• get()用于从Buffer中取出数据

package com.yan3;

import java.nio.CharBuffer;

/*
 * #### Buffer类的常用方法

- capacity():int返回Buffer的容量大小
- hasRemaining():boolean判断是否还有元素可以进行处理
- remaining():int返回当前位置和界限之间的元素个数
- position():int返回当前操作的位置
- mark():Buffer设置Buffer的标记位置，只能在0和position之间做标记
- reset():Buffer将位置position转到mark所在的位置
- rewind():Buffer将位置position设置到0，取消设置的mark
- put(obj)用于向Buffer中放入数据
- get()用于从Buffer中取出数据
 */
public class Test3 {
	public static void main(String[] args) {
		// 创建对应的buffer对象，其中最大容积值为10
		CharBuffer buffer = CharBuffer.allocate(10);
		System.out.println(buffer.capacity());// 10 获取buffer的容积值capacity=10,position=0,limit=10
		System.out.println(buffer.position());// 0
		System.out.println(buffer.limit());// 10

		buffer.put('中');
		System.out.println(buffer.capacity());// 10
		System.out.println(buffer.position());// 1 char
		System.out.println(buffer.limit());// 10

		String ss = "中国人民解放军";
		for (int i = 0; i < ss.length(); i++)
			buffer.put(ss.charAt(i));
		System.out.println(buffer.capacity());// 10
		System.out.println(buffer.position());// 8 char
		System.out.println(buffer.limit());// 10

		// 将limit设置到position,并且把position设置为0。
		// 相当于是将buffer中没有数据的存储位置封印起来，从而避免读取时读到不合法的数据
		buffer.flip();
		System.out.println(buffer.capacity());// 10
		System.out.println(buffer.position());// 0
		System.out.println(buffer.limit());// 8

		char cc = buffer.get();// 获取position对应的字符
		System.out.println(cc); // 中
		System.out.println(buffer.capacity());// 10
		System.out.println(buffer.position());// 1
		System.out.println(buffer.limit());// 8

		buffer.clear();// 重置position和limit,可以理解为清理limit限制，并不是清空内容
		System.out.println(buffer.capacity());// 10
		System.out.println(buffer.position());// 0
		System.out.println(buffer.limit());// 10
//		System.out.println(buffer.get()); // 中

		ss = "中国人民解放军";
		for (int i = 0; i < ss.length(); i++)
			buffer.put(ss.charAt(i));

		cc = buffer.get(2);// 按照下标位置获取对应的数据,并不会操作position
		System.out.println(cc);
		System.out.println(buffer.position());// 7
		System.out.println(buffer.get(7));// 军
		System.out.println((int) buffer.get(8));// 空
	}
}

Channel类的常用方法

Channel可以直接将文件的部分或者全部直接映射成Buffer

注意：不能直接访问Channel中的数据，包括读取、写入都不行。Channel只能与Buffer进行交互

• 所有Channel不应该通过构造器来直接创建，而是通过传统的节点InputStream、OutputStream的getChannel方法来返回对应的Channel
• 常用的是FileInputStream、FileOutputStream的getChannel()返回的FileChannel

Channel中最常用的三个方法是map()、read()和write()

package com.yan3;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;

public class Test41 {
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		byte[] buffer = new byte[8192];
		InputStream is = new FileInputStream("data/Test1.java");
		OutputStream os = new FileOutputStream("data/Test1.bak");
		int len = 0;
		while ((len = is.read(buffer)) > 0) {
			os.write(buffer, 0, len);
		}
		os.close();
		is.close();
	}
}

异常：java.nio.charset.MalformedInputException一般是编码转换时由于编码字符集错误导致的，可以修改Charset中编码字符集名称解决。例如GBK、UTF-8等

map()方法将Channel对应的部分或全部数据映射成ByteBuffer

package com.yan3;

import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.nio.CharBuffer;
import java.nio.MappedByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.charset.Charset;
import java.nio.charset.CharsetDecoder;

/*
 * map()方法将Channel对应的部分或全部数据映射成ByteBuffer
 */
public class Test42 {
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		File f = new File("data/Test1.java");
		FileChannel in = new FileInputStream(f).getChannel();
		FileChannel out = new FileOutputStream("data/a.txt").getChannel();
		MappedByteBuffer buffer = in.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, f.length());// 参数1为执行映射时的模式，有只读、读写模式；参数2和3用于设置哪些数据执行映射。可以将FileChannel中全部数据映射为ByteBuffer
		out.write(buffer);

		buffer.clear();
		Charset charset = Charset.forName("UTF-8");
		CharsetDecoder decoder = charset.newDecoder();
		CharBuffer cb = decoder.decode(buffer);
		System.out.println(cb);
	}
}

写入数据

package com.yan3;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.io.RandomAccessFile;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.channels.FileChannel.MapMode;

/*
 * 写入数据
 */
public class Test43 {
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		File file = new File("data/a.txt");
		int len = (int) file.length();
		RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(file, "rw");
		FileChannel channel = raf.getChannel();// 返回的channel是只读还是读写，取决于RandomAccessFile文件对象的打开模式
		ByteBuffer buffer = channel.map(MapMode.READ_ONLY, 0, len);// buffer支持可读，将文件中的所有内容映射到buffer中
		channel.position(len); // 移动指针到内容末尾
		channel.write(buffer); // 重新写出buffer中的内容，实际上就是将文件内容拷贝
	}
}