Java NIO 系列教程

java NIO（New IO）是从Java 1.4版本开始引入的一个新的IO API，可以替代标准的Java IO API。

Java NIO提供了与标准IO不同的IO工作方式：

Channels and Buffers（通道和缓冲区）：标准的IO基于字节流和字符流进行操作的，而NIO是基于通道（Channel）和缓冲区（Buffer）进行操作，数据总是从通道读取到缓冲区中，或者从缓冲区写入到通道中。

Asynchronous IO（异步IO）：Java NIO可以让你异步的使用IO，例如：当线程从通道读取数据到缓冲区时，线程还是可以进行其他事情。当数据被写入到缓冲区时，线程可以继续处理它。从缓冲区写入通道也类似。

Selectors（选择器）：Java NIO引入了选择器的概念，选择器用于监听多个通道的事件（比如：连接打开，数据到达）。因此，单个的线程可以监听多个数据通道。

下面就来详细介绍Java NIO的相关知识。

1Java NIO 概述Channel 和 BufferSelector2ChannelChannel 的实现基本的 Channel 示例3BufferBuffer 的基本用法Buffer 的 capacity position 和 limitBuffer的类型Buffer 的分配向 Buffer 中写数据从Buffer中读取数据rewind方法clear与compact方法mark与reset方法equals与compareTo方法

1、Java NIO 概述

Java NIO 由以下几个核心部分组成：

虽然 Java NIO 中除此之外还有很多类和组件，但在我看来，Channel，Buffer 和 Selector 构成了核心的 API。其它组件，如 Pipe 和 FileLock，只不过是与三个核心组件共同使用的工具类。因此，在概述中我将集中在这三个组件上。其它组件会在单独的章节中讲到。

Channel 和 Buffer

基本上，所有的 IO 在NIO 中都从一个 Channel 开始。Channel 有点象流。 数据可以从 Channel 读到 Buffer 中，也可以从 Buffer 写到 Channel 中。这里有个图示：

Channel 和 Buffer 有好几种类型。下面是 JAVA NIO 中的一些主要 Channel 的实现：

正如你所看到的，这些通道涵盖了 UDP 和 TCP 网络 IO，以及文件 IO。

与这些类一起的有一些有趣的接口，但为简单起见，我尽量在概述中不提到它们。本教程其它章节与它们相关的地方我会进行解释。

以下是 Java NIO 里关键的 Buffer 实现：

这些 Buffer 覆盖了你能通过 IO 发送的基本数据类型：byte, short, int, long, float, double 和 char。

Java NIO 还有个 MappedByteBuffer，用于表示内存映射文件， 我也不打算在概述中说明。

Selector

Selector 允许单线程处理多个 Channel。如果你的应用打开了多个连接（通道），但每个连接的流量都很低，使用 Selector 就会很方便。例如，在一个聊天服务器中。

这是在一个单线程中使用一个 Selector 处理3个 Channel 的图示：

要使用 Selector，得向 Selector 注册 Channel，然后调用它的 select() 方法。这个方法会一直阻塞到某个注册的通道有事件就绪。一旦这个方法返回，线程就可以处理这些事件，事件的例子有如新连接进来，数据接收等。

2、Channel

Java NIO 的通道类似流，但又有些不同：

正如上面所说，从通道读取数据到缓冲区，从缓冲区写入数据到通道。如下图所示：

Channel 的实现

这些是 Java NIO 中最重要的通道的实现：

DatagramChannel 能通过 UDP 读写网络中的数据。

SocketChannel 能通过 TCP 读写网络中的数据。

ServerSocketChannel 可以监听新进来的 TCP 连接，像 Web 服务器那样。对每一个新进来的连接都会创建一个 SocketChannel。

基本的 Channel 示例

下面是一个使用 FileChannel 读取数据到 Buffer 中的示例：

注意 buf.flip() 的调用，首先读取数据到Buffer，然后反转Buffer,接着再从Buffer中读取数据。下一节会深入讲解Buffer的更多细节。

3、Buffer

Java NIO 中的 Buffer 用于和 NIO 通道进行交互。如你所知，数据是从通道读入缓冲区，从缓冲区写入到通道中的。

缓冲区本质上是一块可以写入数据，然后可以从中读取数据的内存。这块内存被包装成 NIO Buffer 对象，并提供了一组方法，用来方便的访问该块内存。

Buffer 的基本用法

使用 Buffer 读写数据一般遵循以下四个步骤：

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，需要先通过 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。

下面是一个使用Buffer的例子：

Buffer 的 capacity、 position 和 limit

缓冲区本质上是一块可以写入数据，然后可以从中读取数据的内存。这块内存被包装成 NIO Buffer 对象，并提供了一组方法，用来方便的访问该块内存。

为了理解 Buffer 的工作原理，需要熟悉它的三个属性：

position 和 limit 的含义取决于 Buffer 处在读模式还是写模式。不管 Buffer 处在什么模式，capacity 的含义总是一样的。

这里有一个关于 capacity，position 和 limit 在读写模式中的说明，详细的解释在插图后面。

capacity

作为一个内存块，Buffer 有一个固定的大小值，也叫“capacity”.你只能往里写 capacity 个byte、long，char 等类型。一旦 Buffer 满了，需要将其清空（通过读数据或者清除数据）才能继续写数据往里写数据。

position

当你写数据到 Buffer 中时，position 表示当前的位置。初始的 position 值为 0。当一个 byte、long 等数据写到 Buffer 后， position 会向前移动到下一个可插入数据的 Buffer 单元。position 最大可为 capacity – 1.

当读取数据时，也是从某个特定位置读。当将 Buffer 从写模式切换到读模式，position 会被重置为 0. 当从 Buffer 的 position 处读取数据时，position 向前移动到下一个可读的位置。

limit

在写模式下，Buffer 的 limit 表示你最多能往 Buffer 里写多少数据。 写模式下，limit 等于Buffer 的 capacity。

当切换 Buffer 到读模式时， limit 表示你最多能读到多少数据。因此，当切换 Buffer 到读模式时，limit 会被设置成写模式下的 position 值。换句话说，你能读到之前写入的所有数据（limit被设置成已写数据的数量，这个值在写模式下就是 position）

Buffer的类型

Java NIO 有以下Buffer类型

如你所见，这些Buffer类型代表了不同的数据类型。换句话说，就是可以通过char，short，int，long，float 或 double类型来操作缓冲区中的字节。

MappedByteBuffer 有些特别，在涉及它的专门章节中再讲。

Buffer 的分配

要想获得一个 Buffer 对象首先要进行分配。 每一个 Buffer 类都有一个 allocate 方法。下面是一个分配48字节 capacity 的 ByteBuffer 的例子。

这是分配一个可存储1024个字符的 CharBuffer：

向 Buffer 中写数据

写数据到 Buffer 有两种方式：

从 Channel 写到 Buffer 的例子：

通过put方法写Buffer的例子：

put 方法有很多版本，允许你以不同的方式把数据写入到 Buffer 中。例如， 写到一个指定的位置，或者把一个字节数组写入到 Buffer。 更多Buffer实现的细节参考JavaDoc。

flip() 方法

flip() 方法将 Buffer 从写模式切换到读模式。调用 flip() 方法会将 position 设回 0，并将 limit 设置成之前 position 的值。

换句话说，position 现在用于标记读的位置，limit 表示之前写进了多少个 byte、char等 —— 现在能读取多少个byte、char等。

从Buffer中读取数据

从Buffer中读取数据有两种方式：

从Buffer读取数据到Channel的例子：

使用get()方法从Buffer中读取数据的例子

get方法有很多版本，允许你以不同的方式从Buffer中读取数据。例如，从指定position读取，或者从Buffer中读取数据到字节数组。更多Buffer实现的细节参考JavaDoc。

rewind()方法

Buffer.rewind()将position设回0，所以你可以重读Buffer中的所有数据。limit保持不变，仍然表示能从Buffer中读取多少个元素（byte、char等）。

clear()与compact()方法

一旦读完Buffer中的数据，需要让Buffer准备好再次被写入。可以通过clear()或compact()方法来完成。

如果调用的是clear()方法，position将被设回0，limit被设置成 capacity的值。换句话说，Buffer 被清空了。Buffer中的数据并未清除，只是这些标记告诉我们可以从哪里开始往Buffer里写数据。

如果Buffer中有一些未读的数据，调用clear()方法，数据将“被遗忘”，意味着不再有任何标记会告诉你哪些数据被读过，哪些还没有。

如果Buffer中仍有未读的数据，且后续还需要这些数据，但是此时想要先先写些数据，那么使用compact()方法。

compact()方法将所有未读的数据拷贝到Buffer起始处。然后将position设到最后一个未读元素正后面。limit属性依然像clear()方法一样，设置成capacity。现在Buffer准备好写数据了，但是不会覆盖未读的数据。

mark()与reset()方法

通过调用Buffer.mark()方法，可以标记Buffer中的一个特定position。之后可以通过调用Buffer.reset()方法恢复到这个position。例如：

equals()与compareTo()方法

可以使用equals()和compareTo()方法两个Buffer。

equals()

当满足下列条件时，表示两个Buffer相等：

如你所见，equals只是比较Buffer的一部分，不是每一个在它里面的元素都比较。实际上，它只比较Buffer中的剩余元素。

compareTo()方法

compareTo()方法比较两个Buffer的剩余元素(byte、char等)， 如果满足下列条件，则认为一个Buffer“小于”另一个Buffer：

（译注：剩余元素是从 position到limit之间的元素）

http://ifeve.com/buffers/ 系列教程3

文章转载自 NIO|并发编程网