1、NIO详解之标准NIO

墨蓝 2022-05-28 09:10 307阅读 0赞

## 前言 ##

NIO即新的输入输出，这个库是在JDK1.4中才引入的。它在标准java代码中提供了高速的面向块的IO操作。NIO即New IO，NIO和IO有相同的作用和目的，但实现方式不同，NIO主要用到的是块，所以NIO的效率要比IO高很多。  
　　  
  
　　NIO和IO最大的区别是数据打包和传输方式。IO是以流的方式处理数据，而NIO是以块的方式处理数据。  
　　  
　　在Java API中提供了两套NIO，一套是针对标准输入输出NIO，另一套就是网络编程NIO，

本篇主要介绍 标准NIO

## Buffer ##

Buffer是一个对象，它包含一些要写入或读出的数据。在NIO中，数据是放入buffer对象的，而在IO中，数据是直接写入或者读到Stream对象的。应用程序不能直接对 Channel 进行读写操作，而必须通过 Buffer 来进行，**即 Channel 是通过 Buffer 来读写数据的。**

当向 Buffer 写入数据时，Buffer 会记录下写了多少数据。一旦要读取数据，需要通过 **`flip()`**方法将 Buffer **`从写模式切换到读模式`**。在读模式下，可以读取之前写入到 Buffer 的所有数据。  
　　一旦读完了所有的数据，就需要清空缓冲区，让它可以再次被写入。有两种方式能清空缓冲区：调用`clear()`或 `compact()` 方法。`clear()`方法会清空整个缓冲区。`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。

## Channel ##

Channel是一个对象，可以通过它读取和写入数据。可以把它看做IO中的流。但是它和流相比还有一些不同：  
　　1、Channel是双向的，既可以读又可以写，而流是单向的  
　　2、 Channel可以进行异步的读写  
　　3、 对Channel的读写必须通过buffer对象  
　　  
　　正如上面提到的，所有数据都通过Buffer对象处理，所以，您永远不会将字节直接写入到Channel中，相反，您是将数据写入到Buffer中；

同样，您也不会从Channel中读取字节，而是将数据从Channel读入Buffer，再从Buffer获取这个字节。

在Java NIO中Channel主要有如下几种类型：

`FileChannel`：从文件读取数据的  
`DatagramChannel`：读写UDP网络协议数据  
`ServerSocketChannel`：可以监听TCP连接  
`SocketChannel`：读写TCP网络协议数据

## 1、读取数据 ##

### 原理 ：在NIO系统中，任何时候执行一个读操作，不是直接从Channel中读取数据，因为所有的数据都必须用Buffer来封装，所以您应该是从Channel读取数据到Buffer。 ###

1、    从FileInputStream获取Channel
      2、    创建Buffer
      3、    从Channel读取数据到Buffer

第一步：获取通道

FileInputStream fin = new FileInputStream( "readandshow.txt" );
    FileChannel fc = fin.getChannel();

第二步：创建缓冲区

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate( 1024 );

第三步：将数据从通道读到缓冲区

fc.read( buffer );

public class ReadTest {
    
        static public void main( String args[] ) throws Exception {
            FileInputStream fin = new FileInputStream( "/Users/healerjean/Desktop/test.txt" );
    
            // 获取通道
            FileChannel fc = fin.getChannel();
    
            // 创建缓冲区
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
    
            // 读取数据到缓冲区
            fc.read(buffer);
            buffer.flip(); //用来提供后面写入
            while (buffer.remaining()>0) {
                byte b = buffer.get();
                System.out.print(((char)b)); //读取中文会乱码哦
            }
            fin.close();
        }
    }

## 2、写入数据到文件 ##

类似于从文件读数据，  第一步：获取一个通道

FileOutputStream fout = new FileOutputStream( "writesomebytes.txt" );
    FileChannel fc = fout.getChannel();

第二步：创建缓冲区，将数据放入缓冲区

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate( 1024 );
    
    for (int i=0; i<message.length; ++i) {
     buffer.put( message[i] );
    }
    buffer.flip(); //切换buffe到读模式，这样才能被channel读取并且写入到文件中

第三步：把缓冲区数据写入通道中

fc.write( buffer );

public class WriteTest {
    
    
        static public void main( String args[] ) throws Exception {
            String messageString = "HealerJean";
            byte message[] = messageString.getBytes("UTF-8");
            FileOutputStream fout = new FileOutputStream( "/Users/healerjean/Desktop/test.txt" );
            FileChannel fc = fout.getChannel();
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate( 1024 );
    
            for (int i=0; i<message.length; ++i) {
                buffer.put( message[i] );
            }
            buffer.flip();
            fc.write( buffer );
            fout.close();
        }
    }

## 3、读写结合 ##

**
     * 用java NIO api拷贝文件
     * @param src
     * @param dst
     * @throws IOException
     */
    public static void copyFileUseNIO(String src,String dst) throws IOException{
        //声明源文件和目标文件
                FileInputStream fi=new FileInputStream(new File(src));
                FileOutputStream fo=new FileOutputStream(new File(dst));
                //获得传输通道channel
                FileChannel inChannel=fi.getChannel();
                FileChannel outChannel=fo.getChannel();
                //获得容器buffer
                ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(1024);
                while(true){
                    //判断是否读完文件
                    int eof =inChannel.read(buffer);
                    if(eof==-1){
                        break;  
                    }
                    //重设一下buffer的position=0，limit=position
                    buffer.flip();
                    //开始写
                    outChannel.write(buffer);
                    //写完要重置buffer，重设position=0,limit=capacity
                    buffer.clear();
                }
                inChannel.close();
                outChannel.close();
                fi.close();
                fo.close();
    }

## 4、解释一下奇怪的方法 ##

### 4.1、fcin.read( buffer ); 检查状态 ###

当没有更多的数据时，拷贝就算完成，此时 read() 方法会返回 -1 ，我们可以根据这个方法判断是否读完。

int r= fcin.read( buffer );
    if (r==-1) {
         break;
         }

### 4.2、buffer.flip()、clear(); 切换到读取模式 ###

控制buffer状态的三个变量  
　　position：跟踪已经写了多少数据或读了多少数据，它指向的是下一个字节来自哪个位置  
  
　　limit：代表还有多少数据可以取出或还有多少空间可以写入，它的值小于等于capacity。  
  
　　capacity：代表缓冲区的最大容量，一般新建一个缓冲区的时候，limit的值和capacity的值默认是相等的。  
  
　　  
flip、clear这两个方法便是用来设置这些值的。

1、flip() 源码

public final Buffer flip() {
        limit = position;
        position = 0;
        mark = -1;
        return this;
     }

写入数据之前我们调用了buffer.flip();方法，这个方法把当前的指针位置position设置成了limit，再将当前指针position指向数据的最开始端，  
  
　　我们现在可以将数据从缓冲区写入通道了。 position 被设置为 0，这意味着我们得到的下一个字节是第一个字节。 limit 已被设置为原来的 position，这意味着它包括以前读到的所有字节，并且一个字节也不多。 这样就是度模式

![WX20180328-104825@2x][WX20180328-104825_2x]

2、clear

public final Buffer clear() {
        position = 0;
        limit = capacity;
        mark = -1;
        return this;
    }

写入数据之后也就是读数据之前，我们调用了 buffer.clear();方法，这个方法重设缓冲区以便接收更多的字节。下图显示了在调用 clear() 后缓冲区的状态。

![WX20180328-105123@2x][WX20180328-105123_2x]

## 5、具体分析读写过程 ##

1、初始化缓冲区状态

![WX20180328-154946@2x][WX20180328-154946_2x]

2、写入缓存区数据

![WX20180328-154955@2x][WX20180328-154955_2x]

3、缓冲区变成可读取模式

![WX20180328-155011@2x][WX20180328-155011_2x]

4、全部读完

![WX20180328-155018@2x][WX20180328-155018_2x]

5、读完清空缓冲区

![WX20180328-155025@2x][WX20180328-155025_2x]

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[WX20180328-104825_2x]: /images/20220528/f435470fa6b74db4908a1ea18046001f.png
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