NIO类库

NIO概述

从JDK1.4开始，引入了新的I/O类库，它们位于java.nio包中，其目的在于提高I/O的操作效率。nio是new io的缩写。

参考文章：NIO BIO AIO区别

java.nio包引入了四个关键的数据类型:

• Buffer:缓冲区，临时存放输入或输出数据。
• Charset:把具有Unicode字符串编码转换为其他字符编码，以及把其他字符编码转换为Unicode编码的功能。
• Channel:数据传输管道。能够把Buffer中的数据写到数据汇，或者把数据源的数据读到Buffer。NIO基于Channel和Buffer操作，数据总是从信道读取数据到缓冲区中，或者从缓冲区写入到信道中。
• Selector:支持异步I/O操作，也称为非阻塞I/O操作。Selector用于监听多个信道事件(比如链接打开，数据到达等)使得单线程可以监听多个数据的信道

缓冲器Buffer概述

数据输入和输出往往是比较耗时的操作。缓冲区从两个方面提高I/O的操作效率

• 减少实际的物理读写次数
• 缓冲区在创建时被分配内存，这块内存一直被重用，这可以减少动态分配和回收内存区域的次数

旧IO类库中的BufferInputStream BufferOutStream BufferReader BufferWriter在实现中都运用了缓冲区。新I/O包公开了Buffer API，使得程序可以直接控制和运用缓冲区

所有缓冲区都有以下属性。

• 容量：表示缓冲区可以保存多少数据。
• 极限：表示缓冲区的当前终点，不能对缓冲区中超过极限的数据进行读写操作。极限值是可以修改的，这有利于缓冲区的重用。

列如 假定容量为100的缓冲区已经填满了数据，接着程序在重用缓冲区时，仅仅将十个新的数据写入缓冲区，这样时可以将极限值设置为10，这样就不能访问先前的数据。

极限值是一个非负整数值，不应该大于容量值。

• 位置：表示缓冲区下一个读写单元的位置，每次读写缓冲区的数据时，都会改变该值，为下一次读写数据做准备。位置是一个非负整数值，不应该大于容量值。

以上三个属性的关系为 容量≥极限 ≥位置 ≥0

缓冲区提供了用于改变以上三个属性的方法。

• clear() 使缓冲区为一系列新的通道读取或相对放置 操作做好准备：它将极限设置为容量大小，将位置设置为 0。

• flip() 使缓冲区为一系列新的通道写入或相对获取 操作做好准备：它将极限设置为当前位置，然后将位置设置为 0。

• rewind() 使缓冲区为重新读取已包含的数据做好准备：它使极限保持不变，将位置设置为 0。

Channel概述

通过Channel用来连接缓冲区与数据源或数据汇。数据源的数据经过通道到达缓冲区，缓冲区的数据经过通道到达数据汇。

中文意思“通道”，表示IO源与目标打开的连接，类似于传统的“流”(通道与流的不同之处在于通道是双向的)。但是Channel不能直接访问数据，

Channel最重要的两个接口ReadableByteChannel和WritableByteChannel。ReadableByteChannel声明了read(ByteBuffer dst)方法，该方法把数据源的数据读入到指定的ByteBuffer缓冲区中。

FileChannel是Channel接口的实现类，代表与一个文件相连的通道FileChannel类没有提供公开的构造方法，因此客户程序不能用new语句来构造它的实例。

不过，在FileInputStream FileOutputStream类中提供了getChannel()方法，该方法返回相应的FileChannel对象。

字符编码Charset概述

Charset类的每个实例代表指定的字符编码类型，提供了以下用于编码转换的方法。(把Charset对象表示的字符编码简称为当前字符编码)

• public final ByteBuffer encode(String str)

　　　　 把参数str指定的字符串转换为当前字符的编码，把转换后的当前字符编码存放在一个ByteBuffer对象中，并将其返回。

• public final ByteBuffer encode(CharBuffer cb)

　　　　把参数cb指定的字符缓冲区中的字符转换为当前字符的编码，把转换后的当前字符编码存放在一个ByteBuffer对象中，并将其返回。原先参数cb缓冲区内的字符使用Unicode编码。

• public final CharBuffer decode(ByteBuffer bb)

　　　　 把参数指定的ByteBuffer中的当前字符编码转换为Unicode编码，把转换后的Unicode编码存放在一个CharBuffer对象中，将其返回。

参考文章:java基本数据类型

Selector

1）多路复用器（Selector），他是NIO编程的基础，非常重要。多路复用器提供选择已经就绪的任务的能力。

2）简单说，就是Selector会不断地轮询注册在其上的通道（Channel），如果某个通道发生了读写操作，这个通道就处于就绪状态，会被Selector轮询出来，然后通过SelectionKey可以取得就绪的Channel集合，从而进行后续的IO操作。

3）一个多路复用器（Selector）可以负责成千上万Channel通道，没有上限，这也是JDK使用了epoll代替了传统的select实现，获得连接句柄没有限制。这也就意味着我们只要一个线程负责Selector的轮询，就可以接入成千上万个客户端，这是JDK NIO库的巨大进步。

4）Selector线程就类似一个管理者（Master），管理了成千上万个管道，然后轮询那个管道的数据已经准备好，通知cpu执行IO的读取或写入操作。

5）Selector模式：当IO事件（管道）注册到选择器以后，selector会分配给每个管道一个key值，相当于标签。selector选择器是以轮询的方式进行查找注册的所有IO事件（管道），当我们的IO事件（管道）准备就绪后，select就会识别，会通过key值来找到相应的管道，进行相关的数据处理操作（从管道里读或写数据，写到我们的数据缓冲区中）。

利用FileChannel读写文件

public class FileChannelTester {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        final int size = 1024;
        final String path = "D:\\test.txt";
        //向文件中写数据
        FileChannel fc = new FileOutputStream(path).getChannel();
        fc.write(ByteBuffer.wrap("你好,".getBytes()));
        fc.close();
        //向文件末尾添加数据
        fc= new RandomAccessFile(path,"rw").getChannel();
        fc.position(fc.size());
        fc.write(ByteBuffer.wrap("朋友!".getBytes()));
        fc.close();
        //读数据
        fc = new FileInputStream(path).getChannel();
        ByteBuffer buff = ByteBuffer.allocate(size);
        fc.read(buff);
        buff.flip();
        Charset cs = Charset.defaultCharset();
        System.out.println(cs.decode(buff));
        fc.close();
    }
}

• 在上面main()方法中，先从文件输出流中得到一个FileChannel对象，然后通过它把ByteBuffer对象中的数据写到文件中。

　　　　"你好，".getBytes()使用平台的默认字符集将此 String 编码为 byte 序列，并将结果存储到一个新的 byte 数组中。ByteBuffer类的wrap(byte[])把一个字节数组包装成一个ByteBuffer对象。

• main()方法接着从RandomAccessFile对象中得到一个FileChannel对象，定位到文件末尾，然后向文件中写入字符串"朋友！"，该字符串仍然采用本地平台的字符编码。
• main()方法接着从文件输入了中得到一个FileChannel对象，然后调用ByteBuffer.allocate()方法创建了一个ByteBuffer对象 容量为1024个字节。

　　　　fc.read(buff)方法把文件中的数据读入到ByteBuffer中。接下来buff.flip()方法把缓冲区的极限limit设置为当前位置，

在把position设为0，这使得接下来的cs.decode(buff)方法仅仅操作刚刚写入缓冲区的数据。cs.decode()方法把缓冲区的数据转换为Unicode编码，然后打印该编码所代表的字符串。以上程序打印结果为"你好，朋友！"