2019-04-27 java NIO的知识
一、NIO介绍
1、在软件系统中，由于I/O的速度要比内存速度慢，因此，I/O读写在很多场合都会成为系统的瓶颈。提升I/O速度，对提升系统整体性能有着很大的好处。
在java标准的I/O中，提供了基于流的I/O实现，及InputStream和outputStream.这种基于流的实现以 字节为单位处理数据，并且非常容易建立各种过滤器。
NIO是NEW I/O的简称，与旧式的基于流的I/O方法相对，表示新的一套java i/o标准。Java1.4加入到JDK中，有以下特性：
- 为所有的原始类型提供（Buffer）缓存支持；
- 使用Java.nio.charset.Charset作为字符集编码解码解决方案；
- 增加通道（Channel）对象，作为新的原始I/O抽象；
- 支持锁和内存映射文件的文件访问接口；
- 提供了基于Selector的异步网络I/O。
与流式的I/O不同，NIO是基于块(Block)的,他以块为基本单位处理数据，在NIO中最为重要的两个组件是缓存Buffer和通道Channel。缓存是一块连续的内存块，是NIO读写数据的中转地。通道表示缓冲数据的源头或者目的地，他用于缓冲读取或者写入数据，是访问缓冲的接口，如下图展示子通道和缓冲的关系。
2、NIO的Buffer类族和Channel
在NIO的实现中，Buffer是一个抽象类。JDK为每一种Java原生类型都创建了一个Buffer，
除了ByteBuffer外，其他每一种Buffer都具有完全一样的操作，唯一的区别仅仅在于他们所对应的数据类型。因为ByteBuffer多用于绝大多数标准I/O操作的接口，因此他有一些特殊的方法。
在NIO中和Buffer配合使用的还有Channel，Channel是一个双向通道，即可读，也可写，有点类似Stream，但Stream是单向的，应用程序中不能直接对Channel进行读写操作，而必须通过Buffer来进行。比如，在读一个Channel的时候，需要先将数据读入到相应的Buffer，然后再Buffer中进行读取。
public static void niocopeFile(String resource, String destination) throws Exception{ FileInputStream fis=new FileInputStream(resource); FileOutputStream fos=new FileOutputStream(destination); FileChannel readChannel = fis.getChannel(); FileChannel writerChannel = fos.getChannel(); ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024); int len; while(true){ //为读入数据到buffer做准备 buffer.clear(); //讀入数据 ,,内容已存入buffer中 len = readChannel.read(buffer); if(len==-1){ //讀取完畢 break; } //从 写状态 转为 读状态，flip()方法主要是在“读写切换时”调用 buffer.flip(); writerChannel.write(buffer); } readChannel.close(); writerChannel.close(); System.out.println("复制完"); }
3、Buffer的基本原理
Buffer中有三个重要的参数：位置(position) 、容量(capactiy)和上限(limit),三者的含义如下：
为了更好理解Buffer的工作模式，实现以下实例：
public static void demo1(){ ByteBuffer b=ByteBuffer.allocate(20);//15个字节大小的缓冲区 System.out.println("position="+b.position()+" limit="+b.limit()+" capactiy= "+b.capacity()); for(int i=0;i<10;i++){ b.put((byte)i); //存入10个字节数据 } System.out.println("position="+b.position()+" limit="+b.limit()+" capactiy= "+b.capacity()); //重置position b.flip(); System.out.println("position="+b.position()+" limit="+b.limit()+" capactiy= "+b.capacity()); for (int i = 0; i < 5; i++) { System.out.print(b.get()+" "); } System.out.println(); System.out.println("position="+b.position()+" limit="+b.limit()+" capactiy= "+b.capacity()); b.flip(); //切到写 System.out.println("position="+b.position()+" limit="+b.limit()+" capactiy= "+b.capacity()); }
输出如下：
position=0 limit=20 capactiy= 20 position=10 limit=20 capactiy= 20 position=0 limit=10 capactiy= 20 0 1 2 3 4 position=5 limit=10 capactiy= 20 position=0 limit=5 capactiy= 20
Buffer的三个重置和清空方法：实际上就是对缓冲区的参数进行操作
//比如用在复制该buffer的有效数据到另一个数组里面
public final Buffer rewind() { position = 0; mark = -1; return this; }
public final Buffer clear() { position = 0; limit = capacity; mark = -1; return this; }
public final Buffer flip() { limit = position; position = 0; mark = -1; return this; }
标志缓冲区：mark()方法
public static void demo2(){ ByteBuffer b=ByteBuffer.allocate(20); for (int i = 0; i < 15; i++) { b.put((byte)i); } b.flip();//准备读 for (int i = 0; i < 15; i++) { //在位置10的地方做mark if(i==10){ b.mark(); System.out.print(" set mark "); } System.out.print(b.get()+" "); } //回到mark的位置，读取后续数据 b.reset(); System.out.println("\nreset to mark"); while(b.hasRemaining()){ System.out.print(b.get()+" "); } }
输出： 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 set mark 10 11 12 13 14 reset to mark 10 11 12 13 14
复制缓冲区 duplicate() 方法：可以为多方同时处理数据
/* * 复制缓冲区： * 1、主缓冲区、副本缓冲区，都是拿同一个地方的数据 * 2、各自维护自己的position、limit、mark */ public static void demo3(){ ByteBuffer b=ByteBuffer.allocate(20); for (int i = 0; i < 15; i++) { b.put((byte)i); } ByteBuffer copyB = b.duplicate(); System.out.println("执行b.duplicate()后，"); System.out.println(b); System.out.println(copyB); copyB.flip(); System.out.println("执行copyB.flip()后，"); System.out.println(b); System.out.println(copyB); System.out.println("想副本缓冲区插入一个数据：(byte)100"); copyB.put((byte)100); System.out.println("获取主缓冲区跟副本缓冲区第一个数据"); System.out.println("b.get(0):"+b.get(0)); System.out.println("copyB.get(0):"+copyB.get(0)); }
缓冲区分片：slice()方法，
* 1、获取主缓冲去中的一个片段，
* 2、设置position、limit为范围，跟复制缓冲区一个概念，存储的数据本质是一样的。
* b.position(3);
* b.limit(10);
* b.slice();
只读缓冲区asReadOnlyBuffer() 方法
* 创建只读缓冲区，只能读取数据，写入数据会报错。
文件映射到内存 MappedByteBuffer
/* * NIO提供一种将文件映射到内存的方法进行I/O操作，他可以比常规的基于流的I/O快很多，FileChannal.map()方法实现 */ public static void demo5() throws Exception{ RandomAccessFile raf=new RandomAccessFile("d:\\student.txt","rw"); FileChannel fc=raf.getChannel(); //MappedByteBuffer 是ByteBuffer的子类 //通过FileChannel将文件映射到内存中。 MappedByteBuffer mbb = fc.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, raf.length()); while(mbb.hasRemaining()){ System.out.print(mbb.get()+" "); } //通过修改Buffer，通过映射，将实际数据写到对应 的磁盘中。 mbb.put(0,(byte)98); raf.close(); }
处理结构化数据：
/* * 处理结构化数据 * 1、散射：将数据读入一组Buffer中 * 2、聚集：将数据写入一组Buffer中 * 简单来说就是将将数据处理成Buffer数组 */ public static void demo6() throws Exception{ /* * 聚集 */ ByteBuffer b1=ByteBuffer.wrap("java程序性能优化".getBytes()); ByteBuffer b2=ByteBuffer.wrap(" 葛一鸣".getBytes()); int booklen=b1.limit(); int autlen=b2.limit(); FileOutputStream fos=new FileOutputStream("d:\\student.txt"); ByteBuffer[] bs={b1,b2}; FileChannel channel = fos.getChannel(); channel.write(bs); fos.close(); /* * 散射 */ ByteBuffer b3=ByteBuffer.allocate(booklen); ByteBuffer b4=ByteBuffer.allocate(autlen); ByteBuffer[] bs2=new ByteBuffer[]{b3,b4}; FileInputStream fis=new FileInputStream("d:\\student.txt"); FileChannel channel2 = fis.getChannel(); channel2.read(bs2); String bookname=new String(bs2[0].array(),"utf-8"); String atuname=new String(bs2[1].array(),"utf-8"); System.out.println(bookname+atuname); fis.close(); }
控制台输出跟文件内容展示：
