Java NIO

时间  2019-12-07
标签 java nio 栏目 Java 繁體版
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1.Java NIO 简介java

2.Java NIO 与IO 的主要区别数组

3.缓冲区(Buffer)和通道(Channel)网络

4.文件通道(FileChannel)app

5.NIO 的非阻塞式网络通讯dom

选择器(Selector)
SocketChannel、ServerSocketChannel、DatagramChannel工具

面向流性能

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面向缓冲区大数据

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Java NIO（New IO）是从Java 1.4版本开始引入的一个新的IO API，能够替代标准的Java IO API。NIO与原来的IO有一样的做用和目的，可是使用的方式彻底不一样，NIO支持面向缓冲区的、基于通道的IO操做。NIO将以更加高效的方式进行文件的读写操做。编码

Java NIO 与IO 的主要区别spa

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import java.nio.ByteBuffer;

import org.junit.Test;

/*

  • 1、缓冲区（Buffer）：在 Java NIO 中负责数据的存取。缓冲区就是数组。用于存储不一样数据类型的数据
  • 根据数据类型不一样（boolean 除外），提供了相应类型的缓冲区：
  • ByteBuffer
  • CharBuffer
  • ShortBuffer
  • IntBuffer
  • LongBuffer
  • FloatBuffer
  • DoubleBuffer
  • 上述缓冲区的管理方式几乎一致，经过 allocate() 获取缓冲区
  • 2、缓冲区存取数据的两个核心方法：
  • put() : 存入数据到缓冲区中
  • get() : 获取缓冲区中的数据
  • 3、缓冲区中的四个核心属性：
  • capacity : 容量，表示缓冲区中最大存储数据的容量。一旦声明不能改变。
  • limit : 界限，表示缓冲区中能够操做数据的大小。（limit 后数据不能进行读写）
  • position : 位置，表示缓冲区中正在操做数据的位置。
  • mark : 标记，表示记录当前 position 的位置。能够经过 reset() 恢复到 mark 的位置
  • 0 <= mark <= position <= limit <= capacity
  • 4、直接缓冲区与非直接缓冲区：
  • 非直接缓冲区：经过 allocate() 方法分配缓冲区，将缓冲区创建在 JVM 的内存中
  • 直接缓冲区：经过 allocateDirect() 方法分配直接缓冲区，将缓冲区创建在物理内存中。能够提升效率

*/
public class TestBuffer {

@Test
public void test3(){
    //分配直接缓冲区
    ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocateDirect(1024);

    System.out.println(buf.isDirect());
}

@Test
public void test2(){
    String str = "abcde";

    ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);

    buf.put(str.getBytes());

    buf.flip();

    byte[] dst = new byte[buf.limit()];
    buf.get(dst, 0, 2);
    System.out.println(new String(dst, 0, 2));
    System.out.println(buf.position());

    //mark() : 标记
    buf.mark();

    buf.get(dst, 2, 2);
    System.out.println(new String(dst, 2, 2));
    System.out.println(buf.position());

    //reset() : 恢复到 mark 的位置
    buf.reset();
    System.out.println(buf.position());

    //判断缓冲区中是否还有剩余数据
    if(buf.hasRemaining()){

        //获取缓冲区中能够操做的数量
        System.out.println(buf.remaining());
    }
}

@Test
public void test1(){
    String str = "abcde";

    //1. 分配一个指定大小的缓冲区
    ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);

    System.out.println("-----------------allocate()----------------");
    System.out.println(buf.position());
    System.out.println(buf.limit());
    System.out.println(buf.capacity());

    //2. 利用 put() 存入数据到缓冲区中
    buf.put(str.getBytes());

    System.out.println("-----------------put()----------------");
    System.out.println(buf.position());
    System.out.println(buf.limit());
    System.out.println(buf.capacity());

    //3. 切换读取数据模式
    buf.flip();

    System.out.println("-----------------flip()----------------");
    System.out.println(buf.position());
    System.out.println(buf.limit());
    System.out.println(buf.capacity());

    //4. 利用 get() 读取缓冲区中的数据
    byte[] dst = new byte[buf.limit()];
    buf.get(dst);
    System.out.println(new String(dst, 0, dst.length));

    System.out.println("-----------------get()----------------");
    System.out.println(buf.position());
    System.out.println(buf.limit());
    System.out.println(buf.capacity());

    //5. rewind() : 可重复读
    buf.rewind();

    System.out.println("-----------------rewind()----------------");
    System.out.println(buf.position());
    System.out.println(buf.limit());
    System.out.println(buf.capacity());

    //6. clear() : 清空缓冲区. 可是缓冲区中的数据依然存在，可是处于“被遗忘”状态
    buf.clear();

    System.out.println("-----------------clear()----------------");
    System.out.println(buf.position());
    System.out.println(buf.limit());
    System.out.println(buf.capacity());

    System.out.println((char)buf.get());

}

}

1-通道（Channel）与缓冲区（Buffer）

通道和缓冲区
Java NIO系统的核心在于：通道(Channel)和缓冲区(Buffer)。通道表示打开到IO 设备(例如：文件、套接字)的链接。若须要使用NIO 系统，须要获取用于链接IO 设备的通道以及用于容纳数据的缓冲区。而后操做缓冲区，对数据进行处理。

缓冲区（Buffer）

 缓冲区（Buffer）：一个用于特定基本数据类
型的容器。由java.nio 包定义的，全部缓冲区
都是Buffer 抽象类的子类。

 Java NIO 中的Buffer 主要用于与NIO 通道进行
交互，数据是从通道读入缓冲区，从缓冲区写
入通道中的。

缓冲区（Buffer）
Buffer 就像一个数组，能够保存多个相同类型的数据。根
据数据类型不一样(boolean 除外) ，有如下Buffer 经常使用子类：
 ByteBuffer
 CharBuffer
 ShortBuffer
 IntBuffer
 LongBuffer
 FloatBuffer
 DoubleBuffer
上述Buffer 类他们都采用类似的方法进行管理数据，只是各自
管理的数据类型不一样而已。都是经过以下方法获取一个Buffer
对象：

缓冲区的基本属性

Buffer 中的重要概念：
 容量(capacity) ：表示Buffer 最大数据容量，缓冲区容量不能为负，而且创
建后不能更改。

 限制(limit)：第一个不该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，而且不能大于其容量。

 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，而且不能大于其限制

 标记(mark)与重置(reset)：标记是一个索引，经过Buffer 中的mark() 方法
指定Buffer 中一个特定的position，以后能够经过调用reset() 方法恢复到这
个position.

缓冲区的基本属性
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Buffer 的经常使用方法

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缓冲区的数据操做

Buffer 全部子类提供了两个用于数据操做的方法：get()
与put() 方法

获取Buffer 中的数据

get() ：读取单个字节
get(byte[] dst)：批量读取多个字节到dst 中
get(int index)：读取指定索引位置的字节(不会移动position)

放入数据到Buffer 中

put(byte b)：将给定单个字节写入缓冲区的当前位置
put(byte[] src)：将src 中的字节写入缓冲区的当前位置
put(int index, byte b)：将指定字节写入缓冲区的索引位置(不会移动position)

直接与非直接缓冲区

字节缓冲区要么是直接的，要么是非直接的。若是为直接字节缓冲区，则Java 虚拟机会尽最大努力直接在
此缓冲区上执行本机I/O 操做。也就是说，在每次调用基础操做系统的一个本机I/O 操做以前（或以后），
虚拟机都会尽可能避免将缓冲区的内容复制到中间缓冲区中（或从中间缓冲区中复制内容）。

直接字节缓冲区能够经过调用此类的allocateDirect() 工厂方法来建立。此方法返回的缓冲区进行分配和取消
分配所需成本一般高于非直接缓冲区。直接缓冲区的内容能够驻留在常规的垃圾回收堆以外，所以，它们对
应用程序的内存需求量形成的影响可能并不明显。因此，建议将直接缓冲区主要分配给那些易受基础系统的
本机I/O 操做影响的大型、持久的缓冲区。通常状况下，最好仅在直接缓冲区能在程序性能方面带来明显好
处时分配它们。

直接字节缓冲区还能够经过FileChannel 的map() 方法将文件区域直接映射到内存中来建立。该方法返回
MappedByteBuffer 。Java 平台的实现有助于经过JNI 从本机代码建立直接字节缓冲区。若是以上这些缓冲区
中的某个缓冲区实例指的是不可访问的内存区域，则试图访问该区域不会更改该缓冲区的内容，而且将会在
访问期间或稍后的某个时间致使抛出不肯定的异常。

字节缓冲区是直接缓冲区仍是非直接缓冲区可经过调用其isDirect() 方法来肯定。提供此方法是为了可以在
性能关键型代码中执行显式缓冲区管理。

非直接缓冲区

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直接缓冲区

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通道（Channel）

通道（Channel）：由java.nio.channels 包定义
的。Channel 表示IO 源与目标打开的链接。
Channel 相似于传统的“流”。只不过Channel
自己不能直接访问数据，Channel 只能与
Buffer 进行交互。

通道（Channel）

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通道（Channel）

Java 为Channel 接口提供的最主要实现类以下：

•FileChannel：用于读取、写入、映射和操做文件的通道。
•DatagramChannel：经过UDP 读写网络中的数据通道。
•SocketChannel：经过TCP 读写网络中的数据。
•ServerSocketChannel：能够监听新进来的TCP 链接，对每个新进来
的链接都会建立一个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。支持通道的类以下：
 FileInputStream
 FileOutputStream
 RandomAccessFile
 DatagramSocket
 Socket
 ServerSocket
获取通道的其余方式是使用Files 类的静态方法newByteChannel() 获
取字节通道。或者经过通道的静态方法open() 打开并返回指定通道。

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.RandomAccessFile;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.CharBuffer;
import java.nio.MappedByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.channels.FileChannel.MapMode;
import java.nio.charset.CharacterCodingException;
import java.nio.charset.Charset;
import java.nio.charset.CharsetDecoder;
import java.nio.charset.CharsetEncoder;
import java.nio.file.Paths;
import java.nio.file.StandardOpenOption;
import java.util.Map;
import java.util.Map.Entry;
import java.util.Set;

import org.junit.Test;

/*
 * 1、通道（Channel）：用于源节点与目标节点的链接。在 Java NIO 中负责缓冲区中数据的传输。Channel 自己不存储数据，所以须要配合缓冲区进行传输。
 * 
 * 2、通道的主要实现类
 *     java.nio.channels.Channel 接口：
 *         |--FileChannel
 *         |--SocketChannel
 *         |--ServerSocketChannel
 *         |--DatagramChannel
 * 
 * 3、获取通道
 * 1. Java 针对支持通道的类提供了 getChannel() 方法
 *         本地 IO：
 *         FileInputStream/FileOutputStream
 *         RandomAccessFile
 * 
 *         网络IO：
 *         Socket
 *         ServerSocket
 *         DatagramSocket
 *         
 * 2. 在 JDK 1.7 中的 NIO.2 针对各个通道提供了静态方法 open()
 * 3. 在 JDK 1.7 中的 NIO.2 的 Files 工具类的 newByteChannel()
 * 
 * 4、通道之间的数据传输
 * transferFrom()
 * transferTo()
 * 
 * 5、分散(Scatter)与汇集(Gather)
 * 分散读取（Scattering Reads）：将通道中的数据分散到多个缓冲区中
 * 汇集写入（Gathering Writes）：将多个缓冲区中的数据汇集到通道中
 * 
 * 6、字符集：Charset
 * 编码：字符串 -> 字节数组
 * 解码：字节数组  -> 字符串
 * 
 */
public class TestChannel {

    //字符集
    @Test
    public void test6() throws IOException{
        Charset cs1 = Charset.forName("GBK");

        //获取编码器
        CharsetEncoder ce = cs1.newEncoder();

        //获取解码器
        CharsetDecoder cd = cs1.newDecoder();

        CharBuffer cBuf = CharBuffer.allocate(1024);
        cBuf.put("威武！");
        cBuf.flip();

        //编码
        ByteBuffer bBuf = ce.encode(cBuf);

        for (int i = 0; i < 12; i++) {
            System.out.println(bBuf.get());
        }

        //解码
        bBuf.flip();
        CharBuffer cBuf2 = cd.decode(bBuf);
        System.out.println(cBuf2.toString());

        System.out.println("------------------------------------------------------");

        Charset cs2 = Charset.forName("GBK");
        bBuf.flip();
        CharBuffer cBuf3 = cs2.decode(bBuf);
        System.out.println(cBuf3.toString());
    }

    @Test
    public void test5(){
        Map<String, Charset> map = Charset.availableCharsets();

        Set<Entry<String, Charset>> set = map.entrySet();

        for (Entry<String, Charset> entry : set) {
            System.out.println(entry.getKey() + "=" + entry.getValue());
        }
    }

    //分散和汇集
    @Test
    public void test4() throws IOException{
        RandomAccessFile raf1 = new RandomAccessFile("1.txt", "rw");

        //1. 获取通道
        FileChannel channel1 = raf1.getChannel();

        //2. 分配指定大小的缓冲区
        ByteBuffer buf1 = ByteBuffer.allocate(100);
        ByteBuffer buf2 = ByteBuffer.allocate(1024);

        //3. 分散读取
        ByteBuffer[] bufs = {buf1, buf2};
        channel1.read(bufs);

        for (ByteBuffer byteBuffer : bufs) {
            byteBuffer.flip();
        }

        System.out.println(new String(bufs[0].array(), 0, bufs[0].limit()));
        System.out.println("-----------------");
        System.out.println(new String(bufs[1].array(), 0, bufs[1].limit()));

        //4. 汇集写入
        RandomAccessFile raf2 = new RandomAccessFile("2.txt", "rw");
        FileChannel channel2 = raf2.getChannel();

        channel2.write(bufs);
    }

    //通道之间的数据传输(直接缓冲区)
    @Test
    public void test3() throws IOException{
        FileChannel inChannel = FileChannel.open(Paths.get("d:/1.mkv"), StandardOpenOption.READ);
        FileChannel outChannel = FileChannel.open(Paths.get("d:/2.mkv"), StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.READ, StandardOpenOption.CREATE);

//        inChannel.transferTo(0, inChannel.size(), outChannel);
        outChannel.transferFrom(inChannel, 0, inChannel.size());

        inChannel.close();
        outChannel.close();
    }

    //使用直接缓冲区完成文件的复制(内存映射文件)
    @Test
    public void test2() throws IOException{//2127-1902-1777
        long start = System.currentTimeMillis();

        FileChannel inChannel = FileChannel.open(Paths.get("d:/1.mkv"), StandardOpenOption.READ);
        FileChannel outChannel = FileChannel.open(Paths.get("d:/2.mkv"), StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.READ, StandardOpenOption.CREATE);

        //内存映射文件
        MappedByteBuffer inMappedBuf = inChannel.map(MapMode.READ_ONLY, 0, inChannel.size());
        MappedByteBuffer outMappedBuf = outChannel.map(MapMode.READ_WRITE, 0, inChannel.size());

        //直接对缓冲区进行数据的读写操做
        byte[] dst = new byte[inMappedBuf.limit()];
        inMappedBuf.get(dst);
        outMappedBuf.put(dst);

        inChannel.close();
        outChannel.close();

        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("耗费时间为：" + (end - start));
    }

    //利用通道完成文件的复制（非直接缓冲区）
    @Test
    public void test1(){//10874-10953
        long start = System.currentTimeMillis();

        FileInputStream fis = null;
        FileOutputStream fos = null;
        //①获取通道
        FileChannel inChannel = null;
        FileChannel outChannel = null;
        try {
            fis = new FileInputStream("d:/1.mkv");
            fos = new FileOutputStream("d:/2.mkv");

            inChannel = fis.getChannel();
            outChannel = fos.getChannel();

            //②分配指定大小的缓冲区
            ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);

            //③将通道中的数据存入缓冲区中
            while(inChannel.read(buf) != -1){
                buf.flip(); //切换读取数据的模式
                //④将缓冲区中的数据写入通道中
                outChannel.write(buf);
                buf.clear(); //清空缓冲区
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if(outChannel != null){
                try {
                    outChannel.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

            if(inChannel != null){
                try {
                    inChannel.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

            if(fos != null){
                try {
                    fos.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

            if(fis != null){
                try {
                    fis.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }

        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("耗费时间为：" + (end - start));

    }

}
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