NIO相关基础篇一

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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。

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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