NIO——（New IO，新IO）非阻塞式输入/输出流

最新推荐文章于 2025-05-29 16:17:50 发布

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本文介绍了Java NIO（New IO）的由来和核心对象，包括Channel和Buffer。NIO引入了面向块的处理方式，通过Channel与Buffer交互，提升了I/O效率。Buffer具有容量、界限和位置的概念，而Channel提供了映射、读写等功能，支持非阻塞I/O操作。

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1.NIO的介绍

1.1由来

BufferedReader和InputStream从流中读取数据时，没有读到有效的数据，程序就会在此处阻塞该线程的执行。传统的输入流、输出流都是通过字节的移动来处理（即使不直接去处理字节流，但是底层的实现还是依赖于字节的处理），也就是说，面向流的输入输出系统都是一次只能处理一个字节，都会产生阻塞，因此面向流的输入输出系统通常效率不高。

jdk1.4开始，java提供了一系列改进的输入输出处理的新功能，这些功能被统称为新IO，新增了许多用于处理输入和输出的类，这些类都被放在了java.nio包的以及子包下，并且对源java.io包中的许多类都以NIO为基础进行改写，新增了满足NIO的功能。

新IO和传统的IO的主要区别在处理输入和输出的方式上，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了（这种方式模拟了操作系统上的虚拟内存的概念），这样处理的速度就会提升很多。

1.2新IO的核心对象

Channel(通道)：在新IO中所有的数据都需要通过通道传输，Channnel于传统的Inputstream、Outputstream最大的区别在于它提供了一个map()方法，通过该方法将“一块数据”映射到内存中，如果说传统的输入输出时面向流的处理，新IO则是面向块的处理。

Buffer(缓冲)：可以被理解成一个容器，其本质是一个数组，发送数据到channel或者是从channel中读取数据都要先让如buffer中。

除了Channel和Buffer之外，新IO还提供了用于将Unicode字符串映射成字节序列以及逆映射操作的Charset类，也提供了用于支持非阻塞式输入和输出的Selector类。

2.Buffer的使用

从内部结构上看Buffer就像一个数组，它可以保存多个类型形同的数据。Buffer式一个抽象类，其最常用的子类是ByteBuffer，它可以在底层字节数组上进行get/set操作。除了ByteBuffer之外，对应于其它基本数据（boolean除外）都有相应的Buffer类：CharBuffer、ShortBuffer、IntBuffer、LongBuffer、FloatBuffer、DoubleBuffer，创建一个容量为capacity的Xxxbuffer对象: static XxxBuffer allocate(int capacity)。

在Buffer中有三个重要的概念：容量（capacity）、界限（limit）、位置（position）。

容量（capacity）：缓冲区的容量表示该Buffer的最大数据容量，即最多可存储多少数据，不能为负值，创建后不可改变。
界限（limit）:第一个不该被读出或者写入缓冲区的位置索引
位置（position):用于指明下一个可以被读出或者写入的缓冲区位置索引

写一个例子加深一下理解：

public class BufferTest {
    public static void main(String[] args) {
        //创建buffer
        CharBuffer charBuffer = CharBuffer.allocate(8);//该缓冲的容量为8
        System.out.println("缓冲区容量capacity："+charBuffer.capacity());
        System.out.println("缓冲区界限limit:"+charBuffer.limit());
        System.out.println("缓冲区的当前位置:"+charBuffer.position());
        //在缓冲区中放入一些元素
        charBuffer.put('a');
        charBuffer.put('b');
        charBuffer.put('c');
        System.out.println("加入三个元素后的position为："+charBuffer.position());
        charBuffer.flip();//调用flip方法
        System.out.println("执行flip方法后缓冲区界限limit:"+charBuffer.limit());
        System.out.println("执行flip方法后缓冲区的当前位置:"+charBuffer.position());
        //取出第一个元素
        System.out.println("第一个元素为:"+charBuffer.get());
        System.out.println("取出第一个元素后缓冲区的当前位置:"+charBuffer.position());
        //调用clear方法
        charBuffer.clear();
        System.out.println("执行clear方法后缓冲区界限limit:"+charBuffer.limit());
        System.out.println("执行clear方法后缓冲区的当前位置:"+charBuffer.position());
        System.out.println("第三个元素为:"+charBuffer.get(2));
        System.out.println("执行绝对取值后缓冲区的当前位置:"+charBuffer.position());
    }
}

执行结果：

为了方便理解，用图来展示其位置变化如下：

3.channel的使用

channel类似于传统的流对象，但与传统的流对象有两个区别：

(1)channel可以直接将指定文件的部分或者全部直接映射成buffer。

(2)程序不能直接访问channel中的数据，只能和buffer进行交互。

channel是通过功能来划分的，读取文件用到的时FileChannel,channel通常是通过InputStream,OutStream的getChannel来获取的。channel中最常用的三类方法是：map(),read(),write(),map()方法用于将Channel对应的部分或者全部数据映射成ByteBuffer,而read()和write()方法都有一系列重载形式，这些方法用于从Buffer中读取数据或者向Buffer中写入数据。

map()方法的方法签名为：MappedBuffer map(FileChannel.MapMode mode,long position,long size),第一个参数为执行映射时的模式，分别有只读、读写等模式，第二个和第三个用于控制将Channel的哪些数据映射成ByteBuffer

小demo:

public class FileChannelTest {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            File file = new File("F:\\Workspace\\FileChannelTest.java");
            //创建fileInputStream,以该文件输入流创建Filechannel
            FileChannel inChannel = new FileInputStream(file).getChannel();
            //以文件输出流创建FileChannel,用以控制输出
            FileChannel outChannel = new FileOutputStream("test.txt").getChannel();
            //将fileChannel的全部数据映射成ByteBuffer
            MappedByteBuffer buffer = inChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, file.length());
            //使用GBK的字符集来创建解码器
            Charset charset = Charset.forName("gbk");
            //直接将buffer里面的数据全部输出
            outChannel.write(buffer);
            //调用clear方法，复原limit和position 的位置
            buffer.clear();
            //创建解码器对象
            CharsetDecoder charsetDecoder = charset.newDecoder();
            //将bytebuffer转换为charbuffer
            CharBuffer charBuffer = charsetDecoder.decode(buffer);
            //里面有自带的tostring方法
            System.out.println(charBuffer);
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

未完待续。。。。。。。。