NIO相关基础篇一

零度    2017/12/10    总阅读量

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说在前面

NIO相关知识是很多后续的一些基础知识,所以今天这篇文章仅仅是简单介绍,后续会继续有一到二篇相关NIO内容。

什么是NIO

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。NIO与原来的IO有同样的作用和目的,但是使用的方式完全不同, NIO支持面向缓冲区的、基于通道的IO操作。 NIO将以更加高效的方式进行文件的读写操作。

NIO与普通IO的主要区别

IO NIO
面向流(Stream Oriented) 面向缓冲区(Buffer Oriented)
阻塞IO(Blocking IO) 非阻塞IO(Non Blocking IO)
(无) 选择器(Selectors)
  • 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。

说明:Asynchronous IO(异步IO)、Selectors(选择器)等后续文章会继续介绍的。

缓冲区(Buffer)

通过上面NIO与普通IO的主要区别也可以看到在基本的IO操作中所有的操作都是基于流进行操作的,而在NIO中所有的操作都是基于缓冲区继续操作的,所有的读写操作都是通过缓存区来进行完成,缓冲区(Buffer)是一个线性的、有序的数据集,只能容纳特定的数据类型(基本就是基本数据类型对应的Buffer或者起子类)。

各各数据类型的缓存区类

缓存区类 相关描述
ByteBuffer 存储字节的Buffer
CharBuffer 存储字符的Buffer
ShortBuffer 存储短整型的Buffer
IntBuffer 存储整型的Buffer
LongBuffer 存储长整型的Buffer
FloatBuffer 存储单精度浮点型Buffer
DoubleBuffer 存储双精度浮点型Buffer

备注:看到上面这几类是不是想起了JAVA的8种基本数据类型,唯一缺少boolean对于的类型。

第一问:为什么boolean不需要缓存呢? 可以查阅之前写的:java二进制相关基础,里面有描述规范中数字的内部表示和存储,boolean所占位数1bit(取值只有true或者false),由于字节(byte)是操作系统和所有I/O设备使用的基本数据类型,所以基本都是以字节或者连续的一段字节来存储表示,所以就没有boolean,感觉也没有必要boolean类型的缓存操作(像RocketMQ源码里面可能把一个Int里面的某位来表示boolean,其他位继续来存储数据,欢迎关注我的公众号【匠心零度】,后续RocketMQ源码类分析的时候如何运用上述技巧进行说明等,其实上面我写的好几篇文章都是为了后续RocketMQ源码分析做准备的)。

Buffer使用

读数据:

  • 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。
    • buf.flip();
  • buf.get()
    • 读取数据
  • 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)
  • 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Buffer.mark()标记时的position。
  • clear()方法会:
    • 清空整个缓冲区。
    • position将被设回0,limit被设置成 capacity的值
  • 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。
    • 将position设到最后一个未读元素正后面,limit被设置成 capacity的值。

写数据: buf.put(127);

缓冲区的基本属性

  • 容量 (capacity):表示 Buffer 最大数据容量,缓冲区容量不能为负,并且创建后不能更改。
  • 限制 (limit):第一个不应该读取或写入的数据的索引,即位于 limit 后的数据不可读写。缓冲区的限制不能为负,并且不能大于其容量。
  • 位置 (position):下一个要读取或写入的数据的索引。缓冲区的位置不能为负,并且不能大于其限制。

备注:标记、 位置、 限制、 容量遵守以下不变式: 0 <= position <= limit <= capacity。

为了更形象解释上面重要属性,准备配上简单代码以及图来进行说明就容易懂了。

//第一步,获取IntBuffer,通过IntBuffer.allocate操作
IntBuffer buf = IntBuffer.allocate(10) ;	// 准备出10个大小的缓冲区

//第二步未操作前输出属性值
System.out.println("position = " + buf.position() + ",limit = " + buf.limit() + ",capacty = " + buf.capacity()) ;

//第三步进行设置数据
buf.put(6) ;	// 设置一个数据
buf.put(16) ;	// 设置二个数据

//第四步操作后输出属性值
System.out.println("position = " + buf.position() + ",limit = " + buf.limit() + ",capacty = " + buf.capacity()) ;

//第五步将Buffer从写模式切换到读模式 postion = 0 ,limit = 原本position
buf.flip() ;	 

//第六步操作后输出属性值
System.out.println("position = " + buf.position() + ",limit = " + buf.limit() + ",capacty = " + buf.capacity()) ;

程序输出结果:

position = 0,limit = 10,capacty = 10
position = 2,limit = 10,capacty = 10
position = 0,limit = 2,capacty = 10

查看下图来进行说明:

通道(Channel)

通道表示打开到 IO 设备(例如:文件、套接字)的连接。若需要使用 NIO 系统,需要获取用于连接 IO 设备的通道以及用于容纳数据的缓冲区。然后操作缓冲区,对数据进行处理。Channel 负责传输, Buffer 负责存储。通道是由 java.nio.channels 包定义的。 Channel 表示 IO 源与目标打开的连接。Channel 类似于传统的“流”。只不过 Channel本身不能直接访问数据, Channel 只能与Buffer 进行交互。

通道都是操作缓存区完成全部的功能的。

Java中所有已知 Channel 实现类:

  • AbstractInterruptibleChannel
  • AbstractSelectableChannel
  • DatagramChannel
  • FileChannel
  • Pipe.SinkChannel
  • Pipe.SourceChannel
  • SelectableChannel
  • ServerSocketChannel
  • SocketChannel

常用的有入下几个:

  • FileChannel:用于读取、写入、映射和操作文件的通道。
  • DatagramChannel:通过 UDP 读写网络中的数据通道。
  • SocketChannel:通过 TCP 读写网络中的数据。
  • ServerSocketChannel:可以监听新进来的 TCP 连接,对每一个新进来的连接都会创建一个 SocketChannel。

获取通道

获取通道的一种方式是对支持通道的对象调用getChannel() 方法。支持通道的类如下:

  • FileInputStream
  • FileOutputStream
  • RandomAccessFile
  • DatagramSocket
  • Socket
  • ServerSocket

获取通道的其他方式是使用 Files 类的静态方法 newByteChannel() 获取字节通道。或者通过通道的静态方法 open() 打开并返回指定通道。

FileChannel

  • 为了更形象解释说明的Channel,下面准备以FileChannel的一些简单代码进行说明就容易懂了。
  • 准备以FileOutputStream类为准,这两个类都是支持通道操作的。
    String info[] = {"欢迎","关注","匠心零度","的","公众号","谢谢!!"} ;
    File file = new File("d:" + File.separator + "testfilechannel.txt") ; 
    FileOutputStream output = null ;
    FileChannel fout = null;
    try {
      output = new FileOutputStream(file) ;
      fout = null;
      fout = output.getChannel() ;	// 得到输出的通道
      ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024) ; 
      for(int i=0;i<info.length;i++){
          buf.put(info[i].getBytes()) ;	// 字符串变为字节数组放进缓冲区之中
      }
      buf.flip() ;
      fout.write(buf) ;	// 输出缓冲区的内容
    } catch (Exception e) {
      e.printStackTrace();
    }finally{
      if(fout!=null){
          try {
              fout.close() ;
          } catch (IOException e) {
              e.printStackTrace();
          }
      }
      if(output!=null){
          try {
              output.close() ;
          } catch (IOException e) {
              e.printStackTrace();
          }
      }
    }
    

    程序运行效果:

说明:今天只是NIO相关基础篇一,所以有很多并没有涉及到,希望上面说的这样让大家有一个新的了解,未完待续……


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