NIO详解

目录

• NIO
• 前言
• IO与NIO的区别
• Buffer(缓冲区)
  • 创建Buffer
  • Buffer参数
  • Buffer方法
• Channel(通道)
  • Channel实现类
  • Channel常用方法
• Charset(字符集)
  • Charset常用方法
• NIO遍历文件

NIO

前言

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主要用到的是块，所以NIO的效率要比IO高很多。在Java API中提供了两套NIO，一套是针对标准输入输出NIO，另一套就是网络编程NIO。

IO与NIO的区别

• IO流是面向流的，属于阻塞IO，没有选择器。
• NIO流是面向块（缓冲区），属于非阻塞IO有选择器。
  
  其中最大的区别就是一个面向流，一个面向缓冲区。
  • 面向流：IO流每次读取一个字节或者多个，直到读完为止。不能对流中的数据进行操作。
  • 面向缓冲区：NIO流是将数据放到一个缓冲区，需要时可以对缓冲区中的数据进行操作，这样就可以更加灵活的操作数据了。（就好像IO流是一根水管，而NIO是一个运水车）

Buffer(缓冲区)

Buffer是一个抽象类；

子类有：ByteBuffer, CharBuffer, DoubleBuffer, FloatBuffer, IntBuffer, LongBuffer, ShortBuffer

核心类（常用类）：ByteBuffer和CharBuffer 其中ByteBuffer有一个子类MappedByteBuffer（MappedByteBuffer类能够将文件直接映射到内存中，那么这样我们就可以像访问内存一样访问文件，非常方便）

创建Buffer

因为Buffer都是抽象类，无法直接实例化。创建缓冲区要调用XxxBuffer allocate(int capacity)，XxxBuffer allocateDirect(int capacity)，参数是缓冲区容量。

eg:获取ByteBuffer

static ByteBuffer allocate(int capacity)

分配一个新的字节缓冲区（普通Buffer）

static ByteBuffer allocateDirect(int capacity)

分配新的直接字节缓冲区（直接Buffer）

二者的区别：

1. 创建普通Buffer成本低，读写的效率不高
2. 因为创建直接Buffer成本高，所以我们一般用在Buffer生存周期较长的时候使用
3. 只有ByteBuffer才能够创建直接Buffer，其他的Buffer对象是不能够创建
4. 如果创建了直接Buffer但是我又想要使用其他Buffer的功能，可以将ByteBuffer转换成其他Buffer

Buffer参数

• capacity（容量）：缓冲区的容量，不可以为负数，一旦创建了就不能够改变
• limit（界限）：是缓冲区读写数据的终止点，limit之后的区域无法访问
• position（起始指针）：是缓冲区读写数据的起始点，初始值为0。position随着数据的加入而改变，例如读取2个数据到Buffer中，则position = 2
• mark（标记）：该索引能够用于下次读取或者写入，mark在0~position之间，设置该值就会把position移动到mark处

Buffer方法

• flip()：读取模式；确定缓冲区数据的起始点和终止点，为输出数据做准备(即写入通道)， 将limit的值改为postion的值，同时将postion归0
  • 特点: 就是为下一次数据的读取做好准备
• clear()：写入模式；缓冲区初始化，准备再次接收新数据到缓冲区，将limit改为capacity的值，同时将postion归0
  • 特点: 就是为下一次数据的写入做好准备
• get()和put()：获取元素和存放元素。使用clear()之后，无法直接使用get()获取元素，需要使用get(int index)根据索引值来获取相应元素
• hasRemaining()：判断postion到limit之间是否还有元素。

	public static  void main(String[] args) {
		CharBuffer buffer = CharBuffer.allocate(8);
		// Buffer已经准备好了向Buffer中写数据    写模式
		System.out.println("capacity:" + buffer.capacity()); // 8
		System.out.println("limit:" + buffer.limit()); // 8
		System.out.println("position:" + buffer.position()); // 0
		buffer.put('a');
		buffer.put('b');
		buffer.put('c');
		System.out.println("------------------------");
		System.out.println("capacity:" + buffer.capacity()); // 8
		System.out.println("limit:" + buffer.limit()); // 8
		System.out.println("position:" + buffer.position()); // 3
		System.out.println("------------------------");
		// 切换模式  ，limit变为position的位置然后将position变为0
		buffer.flip();
		System.out.println("capacity:" + buffer.capacity()); // 8
		System.out.println("limit:" + buffer.limit()); // 3
		System.out.println("position:" + buffer.position()); // 0
		System.out.println("------------------------");
        	System.out.println("------------------");
		buffer.clear(); // 将postion 清 0 ，将limit = capacity
		System.out.println("capacity:" + buffer.capacity()); // 8
		System.out.println("limit:" + buffer.limit()); // 8
		System.out.println("position:" + buffer.position()); // 0
		// 注意: 调用clear方法只是将读模式改为写模式，并不会清空缓冲区的数据

	}

Channel(通道)

Channel原理类似于传统的流对象,区别在于：

1.Channel能够将指定的部分或者全部文件映射到内存中

2.程序如果想要读取Channel中的数据，不能够直接读写，必须经过Buffer

简单来说：Channel通过Buffer(缓冲区)进行读写操作。read()表示读取通道数据到缓冲区，write()表示把缓冲区数据写入到通道。

Channel实现类

• FileChannel 和文件相关的通道
• DatagramChannel 和UDP协议传输数据相关的通道
• SocketChannel 和TCP协议相关的数据传输通道
• ServerSocket 和TCP协议相关的数据传输通道
• Pipe.SinkChannel、Pipe.SourceChannel //线程通信管道传输数据

Channel常用方法

• read() : 将Channel中的数据读取到Buffer中
• write() : 向Buffer中写入数据
• map(): 将channel中的数据全部或者部分映射到Buffer中（MappedByteBuffer，本质也是一个ByteBuffer），map()方法参数（读写模式，映射起始位置，数据长度）。
  • inChannel.map(mode, position, size)
  • MappedByteBuffer mappBuffer = inChannel.map(MapMode.READ_ONLY, 0, srcFile.length());

public static void main(String[] args) throws IOException {
		File srcFile = new File("nio-a.txt");
		FileInputStream fis = new FileInputStream(srcFile);
		FileOutputStream fos = new FileOutputStream(new File("nio-b.txt"));

		// 获取Channel对象
		FileChannel inChannel = fis.getChannel();
		FileChannel outChannel = fos.getChannel();
		// 获取MapByteBuffer对象
		MappedByteBuffer mapBuffer = inChannel.map(MapMode.READ_ONLY, 0, srcFile.length());
		//字符集解码器
		Charset charset = Charset.forName("GBK");
		outChannel.write(mapBuffer);
		CharsetDecoder decoder = charset.newDecoder();
		CharBuffer charBuffer = decoder.decode(mapBuffer);
		System.out.println(charBuffer);

	}

通道可以异步读写，异步读写表示通道执行读写操作时，也能做别的事情，解决线程阻塞。如果使用文件管道（FileChannel），建议用RandomAccessFile来创建管道，因为该类支持读写模式以及有大量处理文件的方法。

public static void main(String[] args) throws Exception {
		File f = new File("nio-a.txt");

		RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(f, "rw");

		FileChannel channel = raf.getChannel();

		MappedByteBuffer mapBuffer = channel.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, f.length());

//		raf.seek(f.length());
		channel.position(f.length());

		channel.write(mapBuffer);
	}

Charset(字符集)

理解为现实生活的编码表对象

当使用NIO来获取文件内容时，如果是文本数据，那么需要进行转码，才能查看正确内容，这就需要解码器。 如果要把字符数据写入文件，需要将CharBuffer转码成ByteBuffer，这就需要编码器。

• 包含了字节和 Unicode 字符之间转换的 charset，还定义了用于创建解码器和编码器以及获取与 charset 关联的各种方法
• CharsetDecoder(解码器)：把字节转成字符，例如查看文本数据，需要转成字符才能查看，如果是字节，就看不懂了。
• CharsetEncoder(编码器)：把字符转成字节，才能被计算机理解。 因为字节是计算机最小的存储单位，所以Channel的IO操作都与ByteBuffer有关
• 解码器和编码器都不能直接创建，需要一个Charset对象来创建对应的解码器和编码器。

Charset常用方法

• forName()：根据传入的字符集获得对应的字符集对象。
• defaultCharset()：获得当前使用的默认字符集。
• availableCharsets()：获得所有有效的字符集。

NIO遍历文件

public static void main(String[] args) throws IOException {
    		//匿名子对象实现FileVisitor接口
		FileVisitor<Path> visitor = new SimpleFileVisitor<Path>() {
			@Override
			public FileVisitResult visitFile(Path path, BasicFileAttributes attrs) throws IOException {
				System.out.println("正在访问" + path + "文件");
				if(path.endsWith("NIODemo.java")){
					System.out.println("恭喜您找到Java");
					return FileVisitResult.CONTINUE;
				}
				return FileVisitResult.CONTINUE;
			}

			@Override
			public FileVisitResult preVisitDirectory(Path path, BasicFileAttributes attrs) throws IOException {
				System.out.println("准备访问" + path + "文件");
				return FileVisitResult.CONTINUE;
			}

			@Override
			public FileVisitResult visitFileFailed(Path path, IOException exc) throws IOException {
				System.out.println("准备访问" + path + "文件失败");
				System.out.println(exc.getMessage());
				return FileVisitResult.CONTINUE;
			}
		};
			//访问文件树
		Files.walkFileTree(Paths.get("D:\\JavaSE"), visitor);

	}

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以上

@Fzxey