Java随笔记 - Java NIO的初步认识，NIO的三个核心概念，Channel和Buffer的简单使用

ゝ一纸荒年。 2022-12-20 03:14 14阅读 0赞

####  Java随笔记 - Java NIO的初步认识，NIO的三个核心概念，Channel和Buffer的简单使用 ####

*  先从一段简单的代码看起：
    
        IntBuffer intBuffer = IntBuffer.allocate(10);
        
        for (int i = 0; i < intBuffer.capacity(); i++) { 
            int randomNumber = new SecureRandom().nextInt(20);
            intBuffer.put(randomNumber);
        }
        
        intBuffer.flip();
        
        while (intBuffer.hasRemaining()) { 
            System.out.println(intBuffer.get());
        }
        
        #output:
        0
        13
        0
        14
        15
        7
        0
        19
        19
        18
 *  不知道你熟不熟悉这段代码所实现的基本操作，即使不熟悉，应该也能大致猜出来干了些啥。很简单，首先定义了一个  I n t B u f f e r IntBuffer IntBuffer 变量，并通过相应的  a l l o c a t e allocate allocate 方法为其分配了大小为10的缓冲区（该缓冲区只能存放整数）；然后通过循环，随机产生10个随机整数存放在该  b u f f e r buffer buffer 中；在调用  f l i p flip flip 方法后输出  b u f f e r buffer buffer 中的内容，结果如预料之中那般，输出了10个整数。
 *  看似十分简单的操作，但是涉及了不少有意思的内容，主要是Java NIO的底层实现。先来回顾一下Java IO和Java NIO的概念：
    
     *  Java IO中最为核心的一个概念就是流（ S t r e a m Stream Stream），我们使用Java IO进行变成的时候，其实就是面向流的编程。那么什么是流呢？看起来似乎是个抽象又高级的概念名词，但其实可以简单的理解为文件中的数据以字节数据（ b y t e s d a t a bytes data bytesdata）的格式从源对象按照其文件内的组织顺序流向目标对象的一种流动形式（传输形式）。而按照流的方向来看，可以分为输入流和输出流，Java中一个流要么是输入流要么是输出流，不可能同时是输入流和输出流
     *  Java NIO则有三个核心概念： S e l e c t o r Selector Selector， C h a n n e l Channel Channel， B u f f e r Buffer Buffer。在Java NIO中，我们是面向块（ B l o c k Block Block）或者说面向缓冲区（ B u f f e r Buffer Buffer）编程。上述三个核心部分之间的关系大概如下图所示：
        
        ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0pfX01heA_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]
        
         *  可以看到上图所呈现的一个简单的模型，一个线程对应着一个  S e l e c t o r Selector Selector，一个  S e l e c t o r Selector Selector对应着多个  C h a n n e l Channel Channel， 而一个  C h a n n e l Channel Channel 则对应着一个  B u f f e r Buffer Buffer。线程通过  S e l e c t o r Selector Selector 可以在  C h a n n e l Channel Channel 间进行切换，从而实现对不同的  B u f f e r Buffer Buffer 的读写操作，而这种切换则是通过事件来触发的，对不同的事件作出相应的响应动作。
         *   B u f f e r Buffer Buffer 实际上就是一块内存，其底层实现就是一个数组，数据的读写都是通过  B u f f e r Buffer Buffer 来实现的。上面关于流的内容提到了，一个流对象，要么是输入流要么是输出流，而在Java NIO这则不一样，  B u f f e r Buffer Buffer 是可以进行读操作，也可以进行写操作的。
         *  Java NIO还有一个很重要的区别与Java IO的点，在Java IO中，数据是直接从  S t r e a m Stream Stream 中读取，或者直接写入到  S t r e a m Stream Stream 中的，即直接对  S t r e a m Stream Stream 对象进行相应的操作。然而在NIO中是不会出现这种情况的，比如读数据的场景，NIO中读的数据是来自于  C h a n n e l Channel Channel 的，比如有一个  F i l e C h a n n e l FileChannel FileChannel，通过其读取文件中的数据，但我们不能直接从  C h a n n e l Channel Channel 中取得相应的数据，而是先将数据从  C h a n n e l Channel Channel 读取到 B u f f e r Buffer Buffer（写入数据到  B u f f e r Buffer Buffer 中，相当于文章开头代码中的第5行），再去  B u f f e r Buffer Buffer 中读取相应的数据（从  B u f f e r Buffer Buffer 中读出其中的数据，相当于文章开头代码中的第11行）。所以可以看到， B u f f e r Buffer Buffer 既可以进行写入操作，也可以进行读取操作。而这种读写状态的切换，就是通过代码中第8行的  f l i p flip flip 函数实现的，他通过对一些类中的标记变量的修改来实现这一效果，后续会进行详细介绍，如果没调用  f l i p flip flip 函数进行读写状态的切换，程序则会出错，可以将代码第8行注释后运行，查看相应效果。
         *  Java中7种原生的数据类型都有相应的  B u f f e r Buffer Buffer 类型（布尔类型没有），例如  I n t B u f f e r ， L o n g B u f f e r ， B y t e B u f f e r ， S h o r t b u f f e r IntBuffer，LongBuffer，ByteBuffer，Shortbuffer IntBuffer，LongBuffer，ByteBuffer，Shortbuffer 等。上述代码中用到的  I n t B u f f e r IntBuffer IntBuffer 继承自  B u f f e r Buffer Buffer 类，可以进到  B u f f e r Buffer Buffer 抽象类中，查看它的子类，很丰富，如下图所示：
            
            ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0pfX01heA_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]
         *   C h a n n e l Channel Channel 指的是可以向其写入数据或者从中读取数据的对象，它类似于Java IO中的  S t r e a m Stream Stream。但是在NIO中，所有的读写操作都是通过  B u f f e r Buffer Buffer 来进行的，是不会出现直接从  C h a n n e l Channel Channel 进行数据读写的情况的。与  S t r e a m Stream Stream 不同的是， C h a n n e l Channel Channel 是双向的，一个流只能是  I n p u t S t r e a m InputStream InputStream 或者  O u t p u t S t r e a m OutputStream OutputStream，而  C h a n n e l Channel Channel 打开后读写操作均可进行。
 *  再来一段代码
    
        FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("data.txt");
        FileChannel fileChannel = fileInputStream.getChannel();
        
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(512);
        // write into buffer
        fileChannel.read(byteBuffer);
        
        // it is going to read from buffer
        // so must call flip func
        byteBuffer.flip();
        
        while (byteBuffer.hasRemaining()) { 
        	byte tmp = byteBuffer.get();
        	System.out.print((char)tmp);
        }
        System.out.println();
        
        fileChannel.close();
        fileInputStream.close();
        
        #output:
        hello java-nio
 *  没什么特别的东西，就是将txt文件中的内容输出出来了，但是注意感受其中通过  C h a n n e l Channel Channel 将文件中的数据写入  B u f f e r Buffer Buffer ，再从  B u f f e r Buffer Buffer 读取相应的数据的过程。再来一段代码：
    
        FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("data.txt");
        FileChannel fileChannel = fileOutputStream.getChannel();
        	
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(512);
        	
        byte[] message = "hello java-nio, good".getBytes();
        	
        for (int i = 0; i < message.length; i++) { 
            byteBuffer.put(message[i]);
        }
        	
        byteBuffer.flip();
        	
        fileChannel.write(byteBuffer);
        fileChannel.close();
        fileOutputStream.close();
        
        #result:
        message is written to the data.txt
 *  上述代码通过  C h a n n e l Channel Channel 和  B u f f e r Buffer Buffer 的合作，将数据写入文件中。依旧还是注意感受其中通过  C h a n n e l Channel Channel 将代码中的数据写入  B u f f e r Buffer Buffer，再从  B u f f e r Buffer Buffer 读取相应的数据放入文件中的过程。
 *  可以看到，上述三段代码，均使用了  f l i p flip flip 函数，下一篇文章，就好好来剖析一下这个  f l i p flip flip 函数～

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