Java I/O之NIO概念理解

JDK1.4的java.nio.*包引入了新的Java I/O新类库，其目的在于提高速度。实际上，旧的I/O包已经使用nio重新实现过，以便充分利用这种速度提高，因此即使我们不显式地用nio编码，也能从中受益。

通道(Channel)和缓冲器(ByteBuffer)

NIO速度的提高其实来自于所使用的结构更接近于操作系统执行I/O方式：通道和缓冲器。通道和缓冲器的关系你可以这样在脑海里建立一个概念模型：想象一个煤矿，通道就是链接矿藏和外界的矿井，而缓冲器是在矿井运输煤炭的卡车。卡车满载后通过矿井远处到外界，我们就可以从卡车上获取到煤炭。而我们没有直接和通道交互，而只是和缓冲器交互，而通道要么从缓冲器获取数据，要么向缓冲器发送数据。如下图：

NIO修改了旧IO的三个类用于产生FileChannel：FileInputStream、FileOutputStream和RandomAccessFile。这些都是字节流而不是字符流。我们先通过代码来形象地了解下用法吧。

//缓冲器
ByteBuffer buf=ByteBuffer.allocate(1024);
//输出通道
FileChannel out=new FileOutputStream("d:"+File.separator+"data.txt").getChannel();
//数据写入缓冲器
buf.asCharBuffer().put("this is a demo txt.");
//通道操作缓冲器
out.write(buf);

//输入通道
FileChannel in=new FileInputStream("d:"+File.separator+"data.txt").getChannel();
//清空缓冲器
buf.clear();
//通道操作缓冲器
in.read(buf);
//设置缓冲器可读位置
buf.flip();
System.out.println(buf.asCharBuffer());

输出

this is a demo txt.

通道Channel

通道是缓冲器连接数据源或数据目的地的连接，直接操纵缓冲器读写数据。

java.nio.channels包中定义了通道API，包括FileChannel、Socket通道SocketChannel、ServerSocket通道ServerSocketChannel、数据报通道DatagramChannel。本篇暂不介绍Socket通道。

Java的通道关系图如下：

Channel接口的两个最重要的子接口是ReadableByteChannel和WritableByteChannel。

• ReadableByteChannel定义了一个可从中读取byte数据的Channel接口，该接口定义了read(ByteBuffer dst)方法，该方法把数据源的数据读入指定的ByteBuffer缓冲区中。
• WritableByteChannel接口声明了write(ByteBuffer dst)方法，该方法把参数指定的ByteBuffer缓冲区中的数据写到数据汇中。

这里我们不做深入探讨，有兴趣的同学可以直接查看Java源码。

缓冲器ByteBuffer

从Java的类库来看，ByteBuffer只是众多Buffer的其中一员：

这里我也不做深入分析，我们只来简单了解下ByteBuffer从Buffer继承的几个方法clear()、flip()和rewind()，以及ByteBuffer的视图。

ByteBuffer说白点就是对一个定长数组的包装。里面有几个指针控制读写的位置和范围。数组的长度是capacity，读写的当前位置是position，读写范围的结束地点为limit。position的位置会随着读写向后移动，当到达limit位置时会报出响应的异常。比如读的范围超过了limit，会报BufferUnderflowException,如果写的时候超过了limit，会报BufferOverflowException。position和limit都提供了相应方法设置和获取，使用起来相当灵活。下面的图演示了ByteBuffer的主要结构：

一般情况下，我们往ByteBuffer写入数据时，会先调用clear方法，将position设置成0，limit设置成capacity，然后开始调用ByteBuffer的各种put方法来塞入数据；当我们从ByteBuffer中读数据时，会先调用ByteBuffer的flip方法将position重置为0、limit设置为当前的position，读取ByteBuffer中的数据。

常用的缓冲器方法：

static ByteBuffer allocate(int capacity) //分配一个新的字节缓冲区。
final Buffer clear()//清除此缓冲区。将位置设置为 0，将限制设置为容量，并丢弃标记。
final Buffer flip()//首先将限制设置为当前位置，然后将位置设置为 0。如果已定义了标记，则丢弃该标记。
final Buffer rewind()//将位置设置为 0 并丢弃标记。
final Buffer mark()//在此缓冲区的当前位置设置标记。
final Buffer reset()//将此缓冲区的位置重置为以前标记的位置。

缓冲器有多个视图，如

CharBuffer asCharBuffer()

创建此字节缓冲区的视图，作为 char 缓冲区，新缓冲区的内容将从此缓冲区的当前位置开始。此缓冲区内容的更改在新缓冲区中是可见的，反之亦然；这两个缓冲区的位置、界限和标记值是相互独立的。

还有很多视图如：asDoubleBuffer() 、asFloatBuffer() 、asIntBuffer()等等，以及众多方法，再次不意义累述，请查阅JDK API文档。

本篇博文就此结束，估计没过瘾吧？！其实这里主要是通道和缓冲器的理解，理解后再对照JDK API文档练习即可，熟能生巧。