Java NIO介绍（一）————Buffer和Channels简单介绍

NIO介绍
NIO（Non-blocking I/O，在Java领域，也称为New I/O），是一种同步非阻塞的I/O模型，也是I/O多路复用的基础，已经被越来越多地应用到大型应用服务器，成为解决高并发与大量连接、I/O处理问题的有效方式。
新的输入/输出 (NIO) 库是在 JDK 1.4 中引入的。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、面向块的 I/O。通过定义包含数据的类，以及通过以块的形式处理这些数据，NIO 不用使用本机代码就可以利用低级优化，这是原来的 I/O 包所无法做到的。
集成的 I/O
引用IBM官方教程中的一句话，来解释： 
在 JDK 1.4 中原来的 I/O 包和 NIO 已经很好地集成了。 java.io.* 已经以 NIO 为基础重新实现了，所以现在它可以利用 NIO 的一些特性。例如， java.io.* 包中的一些类包含以块的形式读写数据的方法，这使得即使在更面向流的系统中，处理速度也会更快。
所以1.4后的IO经过了集成。所以NIO的好处，集中在其他特性上，而非速度了： 
1、分散与聚集读取  2、文件锁定功能  3、网络异步IO

NIO 组成：
1.Channels（通道） 2.Buffers（缓存区） 3.Selectors 在java nio中还有很多组建，但是这三个组建最为重要，本文也只从这三个方面进行解析。

通道是对原 I/O 包中的流的模拟。到任何目的地(或来自任何地方)的所有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。发送给一个通道的所有对象都必须首先放到缓冲区中；同样地，从通道中读取的任何数据都要读到缓冲区中。



缓冲区
Buffer 是一个对象， 它包含一些要写入或者刚读出的数据。 在 NIO 中加入 Buffer 对象，体现了新库与原 I/O 的一个重要区别。在面向流的 I/O 中，您将数据直接写入或者将数据直接读到 Stream 对象中。
在 NIO 库中，所有数据都是用缓冲区处理的。在读取数据时，它是直接读到缓冲区中的。在写入数据时，它是写入到缓冲区中的。任何时候访问 NIO 中的数据，您都是将它放到缓冲区中。
那为什么要用缓冲区呢？缓冲区实质上是一个数组。通常它是一个字节数组，但是也可以使用其他种类的数组，为了使我们的读写操作更加灵活，当我们使用读写操作的时候，在缓冲会记录我们读取的游标，长度等等信息，我们可以控制这些信息来方便我们的读写操作。

对于每一种基本 Java 类型都有一种缓冲区类型：ByteBuffer CharBuffer ShortBuffer IntBuffer LongBuffer FloatBuffer DoubleBuffer
什么是通道
Channel是一个对象，可以通过它读取和写入数据。拿 NIO 与原来的 I/O 做个比较，通道就像是流。
正如前面提到的，所有数据都通过 Buffer 对象来处理。您永远不会将字节直接写入通道中，相反，您是将数据写入包含一个或者多个字节的缓冲区。同样，您不会直接从通道中读取字节，而是将数据从通道读入缓冲区，再从缓冲区获取这个字节。
通道与流的不同之处在于通道是双向的。而流只是在一个方向上移动(一个流必须是 InputStream 或者 OutputStream 的子类)， 而 通道 可以用于读、写或者同时用于读写。
因为它们是双向的，所以通道可以比流更好地反映底层操作系统的真实情况。特别是在 UNIX 模型中，底层操作系统通道是双向的。

/**
* 通过nio简单的实现读取操作，进行文件复制
* @author lkj41110
*/
public class CopyFile {
static public void main(String args[]) throws Exception {
String infile = "aa.txt";	//文件名提前准备好
String outfile = "bb.txt";  //文件名提前准备好

FileInputStream fin = new FileInputStream(infile);
FileOutputStream fout = new FileOutputStream(outfile);

//获取通道
FileChannel fcin = fin.getChannel();
FileChannel fcout = fout.getChannel();

//创建缓冲区
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
while (true) {
//读取之前一定clear，告诉通道我要读取了
buffer.clear();
int r = fcin.read(buffer);
if (r == -1) {
break;
}
//写之前一定flip，告诉通道我要写了
buffer.flip();
fcout.write(buffer);
}
//关闭通道
fin.close();
fout.close();
}
}

缓冲区内部坐标
可以用四个值指定缓冲区在任意时刻的状态：position（位置）limit（界限）mark(标记) capacity（容量）
Position
您可以回想一下，缓冲区实际上就是美化了的数组。在从通道读取时，您将所读取的数据放到底层的数组中。 position 变量跟踪已经写了多少数据。更准确地说，它指定了下一个字节将放
4000
到数组的哪一个元素中。因此，如果您从通道中读三个字节到缓冲区中，那么缓冲区的position 将会设置为3，指向数组中第四个元素。
同样，在写入通道时，您是从缓冲区中获取数据。 position 值跟踪从缓冲区中获取了多少数据。更准确地说，它指定下一个字节来自数组的哪一个元素。因此如果从缓冲区写了5个字节到通道中，那么缓冲区的 position 将被设置为5，指向数组的第六个元素。
Limit
limit 变量表明还有多少数据需要取出(在从缓冲区写入通道时)，或者还有多少空间可以放入数据(在从通道读入缓冲区时)。
position 总是小于或者等于 limit。
Capacity
缓冲区的 capacity 表明可以储存在缓冲区中的最大数据容量。实际上，它指定了底层数组的大小 ― 或者至少是指定了准许我们使用的底层数组的容量。
limit 决不能大于 capacity。
下面是用于设置和复位索引以及查询他们值得方法：

例子：

package nio2;

import java.nio.Buffer;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.CharBuffer;

public class SwapChar {
public static void main(String[] args) {
//获取一段char数组
char[] c="abcdefg1234".toCharArray();
//初始化一段缓冲区
ByteBuffer buf=ByteBuffer.allocate(c.length*2);
//把bytebuffer转换成charBuffer，方便操作char
CharBuffer charBuf=buf.asCharBuffer();
print(charBuf);
charBuf.put(c);
print(charBuf);

charBuf.rewind();
print(charBuf);

charBuf.limit(4);
print(charBuf);

charBuf.position(2);
print(charBuf);

charBuf.limit(11).position(0);
print(charBuf);
System.out.println("********************************");

char[] c2="abcd1234".toCharArray();
ByteBuffer buf2=ByteBuffer.allocate(c2.length*2);
CharBuffer charBuf2=buf2.asCharBuffer();
charBuf2.put(c2);
print(charBuf2.rewind());
swap(charBuf2);
print(charBuf2.rewind());
System.out.println("********************************");
swap(charBuf2);
print(charBuf2.rewind());
}
/**
* 交换相邻的顺序S
* @param charbuf
*/
private static void swap(CharBuffer charbuf){
while(charbuf.hasRemaining()){
charbuf.mark();
showBuffer(charbuf);
char a=charbuf.get();
showBuffer(charbuf);
char b=charbuf.get();
showBuffer(charbuf);
charbuf.reset();
showBuffer(charbuf);
charbuf.put(b).put(a);
showBuffer(charbuf);
System.out.println();
}
}
/**
* 显示buffer的细节
*/
private static void showBuffer(Buffer buffer){
System.out.println("position ="+buffer.position()+"  limit ="+buffer.limit()+"  capacity="+buffer.capacity());
}

private static void print(Buffer buffer){
showBuffer(buffer);
System.out.println(buffer);
}
}

运行程序的时候最好画一画，一遍调试一遍看看，这些坐标的变化。