java中NIO总结

1、什么是NIO

NIO即New IO，这个库是在JDK1.4中才引入的。NIO和IO有相同的作用和目的，但实现方式不同，NIO弥补了原来的I/O的不足，它在标准Java代码中提供了高速的、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。

面向流的IO一次一个字节的处理数据，一个输入流产生一个字节，一个输出流就消费一个字节。

面向块的IO系统以块的形式处理数据。每一个操作都在一步中产生或消费一个数据块。

下面我们从一个简单的使用IO和NIO读取一个文件中的内容为例，来进入NIO的学习之旅。

使用IO来读取指定文件中的前1024字节并打印出来：

<span style="font-size:18px;">/**
* 使用IO读取指定文件的前1024个字节的内容。
* @param file 指定文件名称。
* @throws java.io.IOException IO异常。
*/
public void ioRead(String file) throws IOException {
FileInputStream in = new FileInputStream(file);
byte[] b = new byte[1024];
in.read(b);
System.out.println(new String(b));
}  </span>

使用NIO来读取

<span style="font-size:18px;">/**
* 使用NIO读取指定文件的前1024个字节的内容。
* @param file 指定文件名称。
* @throws java.io.IOException IO异常。
*/
public void nioRead(String file) throws IOException {
FileInputStream in = new FileInputStream(file);
FileChannel channel = in.getChannel();

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
channel.read(buffer);
byte[] b = buffer.array();
System.out.println(new String(b));
}  </span>

从上面的例子中可以看出，NIO以通道Channel和缓冲区Buffer为基础来实现面向块的IO数据处理。下面将讨论并学习NIO 库的核心概念以及从高级的特性到底层编程细节的几乎所有方面。

2、NIO基础

Buffer和Channel是标准NIO中的核心对象（网络NIO中还有个Selector核心对象)，几乎每一个IO操作中都会用到它们。Channel是对原IO中流的模拟，任何来源和目的数据都必须通过一个Channel对象。一个Buffer实质上是一个容器对象，发给Channel的所有对象都必须先放到Buffer中；同样的，从Channel中读取的任何数据都要读到Buffer中。

2.1 Buffer介绍

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。在NIO中，所有的数据都是用Buffer处理的，它是NIO读写数据的中转池。

使用 Buffer 读写数据一般遵循以下四个步骤：

写入数据到 Buffer；
调用 flip() 方法；
从 Buffer 中读取数据；
调用 clear() 方法或者 compact() 方法。

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。

Buffer主要有如下几种：ByteBuffer、charBuffer、DoubleBuffer、FloatBuffer、IntBuffer、LongBuffer、ShortBuffer。

2.3 Channel介绍

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：

Channel是双向的，既可以读又可以写，而流是单向的
Channel可以进行异步的读写
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
SocketChannel：读写TCP网络协议数据
ServerSocketChannel：可以监听TCP连接

3、NIO中的读和写

IO中的读和写，对应的是数据和Stream，NIO中的读和写，则对应的就是通道和缓冲区。NIO中从通道中读取：创建一个缓冲区，然后让通道读取数据到缓冲区。NIO写入数据到通道：创建一个缓冲区，用数据填充它，然后让通道用这些数据来执行写入。

3.1 从文件中读取

我们已经知道，在NIO系统中，任何时候执行一个读操作，您都是从Buffer中读取，而您不是直接从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。

因此，如果从文件读取数据的话，需要如下三步：

1）从FileInputStream获取Channel

2）创建Buffer

3）从Channel读取数据到Buffer

下面我们看一下具体过程：

第一步：获取通道

<span style="font-size:18px;">FileInputStream fin = new FileInputStream( "readandshow.txt" );
FileChannel fc = fin.getChannel();</span>

第二步：创建缓冲区

<span style="font-size:18px;">ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate( 1024 );</span>

第三步：将数据从通道读到缓冲区

<span style="font-size:18px;"><pre name="code" class="java"><span style="font-family:SimSun;font-size:18px;">fc.read( buffer );</span></span>

3.2 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

<span style="font-size:18px;">FileOutputStream fout = new FileOutputStream( "writesomebytes.txt" );
FileChannel fc = fout.getChannel();</span>

第二步：创建缓冲区，将数据放入缓冲区

<span style="font-size:18px;">ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate( 1024 );
for (int i=0; i<message.length; ++i) {
buffer.put( message[i] );
}
buffer.flip();</span>

第三步：把缓冲区数据写入通道中

<span style="font-size:18px;">fc.write( buffer );</span>

4、需要注意的点

4.1 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。

<span style="font-size:18px;">int r= fcin.read( buffer );
if (r==-1) {
break;
}</span>

4.2 Buffer类的flip、clear方法

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。

flip方法

我们先看一下flip的源码：

<span style="font-size:18px;">public final Buffer flip() {
limit = position;
position = 0;
mark = -1;
return this;
}</span>

在上面的FileCopy程序中，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。

clear方法

先看一下clear的源码：

<span style="font-size:18px;"> public final Buffer clear() {
position = 0;
limit = capacity;
mark = -1;
return this;
}</span>

在上面的FileCopy程序中，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。上图显示了在调用
clear() 后缓冲区的状态。