Java中的NIO

1、Java新IO概述

       新IO和传统IO有相同的目的，都是用于进行输入输出，但新IO使用了不同的方式来处理输入输出，新IO采用内存映射文件的方式来处理输入输出，新IO将文件或文件的一段区域映射到内存中，这样就可以像访问内存一样来访问文件了，通过这种方式来进行输入输出比传统的输入输出要快得多。Java中与新IO相关的包：

              java.nio 主要包含各种与Buffer相关的类

              java.nio.channels  主要包含与Channel和Selector相关的类

              java.nio.charset  主要包含与字符集相关的类

              java.nio.channels.spi  主要包含与Channel相关的服务提供者编程接口

              java.nio.charset.spi  包含与字符集相关的服务提供者编程接口

       Channel（通道）和Buffer（缓冲）是新IO中的两个核心对象，Channel是对传统的输入输出系统的模拟，在新IO系统中所有的数据都需要通过通道传输；Channel与传统的InputStream、OutputStream最大的区别在于它提供了一个map()方法，通过该方法可以直接将“一块数据”映射到内存中。如果说传统的IO是面向流的处理，则新IO则是面向块的处理。

       Buffer可以理解为一个容器，它的本质是一个数组，发送到Channel中所有对象都必须首先放到Buffer中，而从Channel中读取的数据也必须先放到Buffer中。

2、使用Buffer

       Buffer是一个抽象类，其最常用的子类是ByteBuffer，它可以在底层字节数组上进行get/set操作。除了ByteBuffer之外，对应于其他基本数据类型（boolean除外）都有相应的Buffer类：CharBuffer...

                static xxxBuffer allocate(int capacity) 

       实际上使用较多的是ByteBuffer和CharBuffer，其他用得少。其中ByteBuffer类还有一个子类：MappedByteBuffer，它用于表示Channel将磁盘文件的部分或全部内容映射到内存中后得到的结果，通常MappedByteBuffer对象由Channel的map()方法返回。

       在Buffer中有三个重要的概念：容量（capacity）、界限（limit）、位置（position）

                                  

                                                                        0<=mark<=position<=limit<=capacity

       Buffer的主要作用就是装入数据，然后输出数据。开始时Buffer的position为0，limit为capacity，程序可以通过put()方法向Buffer中放入一些数据（或从Channel中获取一些数据），每放入一些数据。Buffer的position相应地向后移动一些位置。

       当Buffer装入数据结束后，调用Buffer的flip()方法，该方法将limit设置为position所在的位置，并将position设为0，这就使得Buffer的读写指针又移到了开始位置。也就是说，Buffer调用flip()方法之后，Buffer为输出数据做好准备；当Buffer输出数据结束后，Buffer调用clear()方法，clear()方法将position置0，将limit置capacity，这样为再次向Buffer中装入数据做好准备。

       Buffer包含以下常用的方法：

              int capacity()

              boolean hasRemaining() 判断当前位置和界限之间是否还有元素可供处理

              int limit()

              Buffer limit(int newLt) 重新设置界限的值，并返回一个具有新的limit的缓冲区对象。

              Buffer mark() 设置Buffer的mark位置，它只能在0和位置之间做mark

              int position()

              Buffer position(int newPs) 设置Buffer的position，并返回position被修改后的Buffer对象

              int remaining() 返回当前位置和界限之间的元素个数

              Buffer reset() 将position转到mark所在的位置

              Buffer rewind() 将position设置为0，取消设置的mark

       此外，Buffer还提供两个重要的方法：put()、get()，用于向Buffer中放入数据和从Buffer中取数据。其既可以单个数据访问，也可以进行批量数据操作。

       当使用put()和get()来访问Buffer中的数据时，分为相对和绝对两种：

              相对：从Buffer的当前位置处开始处理，然后将位置移动

              绝对：直接根据索引向Buffer中读取或写入数据，position不变

       通过allocate()方法创建的Buffer对象时普通Buffer，ByteBuffer还提供了一个allocateDirect()方法来创建直接Buffer。直接Buffer的创建成本比普通Buffer的创建成本高，但直接Buffer的读取效率更高。

3、使用Channel

       Channel类似于传统的流对象，但与传统的流对象有两个区别：

     （1）Channel可以直接将制定文件的部分或全部直接映射成Buffer

     （2）程序不能直接访问Channel中的数据，包括读取、写入都不行，Channel只能与Buffer进行交互。即如果从Channel中去数据，必须先用Buffer从Channel中取出数据，然后让程序从Buffer中取出这些数据；如果要向Channel中写数据，同样先往Buffer中放入数据，再将Buffer中的数据写入Channel中。

       Java为Channel接口提供了DatagramChannel、FileChannel、Pipe.SinkChannel、Pipe.SourceChannel、SelectableChannel、ServerSocketChannel、SocketChannel等实现类。

       所有Channel都不应该通过构造器来直接创建，而是通过传统的节点InputStream、OutputStream的getChannel()方法来返回对应的Channel，不同的节点流获得的Channel不一样。

       Channel中最常用的三类方法是map()、read()和write()，其中map()方法用于将Channel对应的部分或全部数据映射成ByteBuffer；而read()或write()方法都有一系列重载形式，这些方法用于从Buffer中读取或写入数据。

       map()方法的签名为：MappedByBuffer map(FileChannel.MapMode mode, long position, long size)，第一个参数为执行映射时的模式，分别有只读、写等模式；而第二、第三个参数用于控制将Channel的哪些数据映射成ByteBuffer。

4、字符集和Charset

       JDK 1.4提供了Charset来处理字节序列和字符序列之间的转换，该类包含了用于创建解码器和编码器的方法，还提供了获取Charset所支持的字符集的方法，Charset类是不可变的。

       Charset类提供了一个availableCharsets()静态方法来获取当前JDK所支持的所有字符集。

       一旦知道了字符集的别名后，就可以调用Charset的forName()方法来创建对应的Charset对象，forName()方法的参数就是相应字符集的别名：

              Charset cs = Charset.forName(“utf-8”)

       获取Charset对象之后，就可以通过该对象的newDecoder()、newEncoder()两个方法分别返回CharsetDecoder和CharsetEncoder对象，代表该Charset对象的解码器和编码器。调用CharsetDecoder的decode()方法就可以将ByteBuffer（字节序列）转换为CharBuffer（字符序列），调用CharsetEncoder的encode()方法就可以将CharBuffer或String（字符序列）转换为ByteBuffer（字节序列）。

       实际上，Charset类提供了如下三个方法：

              CharBuffer decode(ByteBuffer bb)

              ByteBuffer encode(CharBuffer cb)

              ByteBuffer encode(String str)

5、文件锁

       在NIO中，Java提供了FileLock来支持文件锁定功能，在FileChannel中提供的lock()/tryLock()方法可以获得文件锁的FileLock对象，从而锁定文件。

       lock()和tryLock()方法的区别为：当lock()试图锁定某个文件时，如果无法获得文件锁，程序将一直阻塞；而tryLock()方法是尝试获取文件锁，它将直接返回而不阻塞，如果获得文件锁，该方法则返回该文件锁，否则返回null。

       如果FileChannel只想锁定文件的部分内容，而不是锁定文件的全部内容，则可以使用如下的lock()或tryLock()方法：

              lock(long position, long size, boolean shared)

              tryLock(long position, long size, boolean shared)

       参数shared为true时，表示该锁为一个共享锁，它将允许多个进程来读取文件，但阻止其他进程获得对该文件的排它锁。当shared为false时，表明该锁是一个排它锁，它将锁住对该文件的读写。程序可以通过调用FileLock的isShared来判断它获得的锁是否为共享锁。

       处理完文件后需要调用release()方法来释放文件锁。

       关于文件锁需要注意：

       （1）在某些平台上，文件锁仅仅是建议性的，并不是强制性的。这意味着即使一个程序不能获得文件锁，它可以对该文件进行读写。

       （2）在某些平台上，不能同步地锁定一个文件并把它映射到内存中

       （3）文件锁由Java虚拟机所支持，如果两个Java程序使用同一个Java虚拟机允许，则它们不能对同一个文件加锁

       （4）在某些平台上关闭FileChannel时，会释放Java虚拟机在该文件上的所有锁，因此应该避免对同一个被锁定的文件打开多个FileChannel。

下面给出NIO数据读写的代码：

（1）读数据

package cn.edu.hust.io.nio;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class NIORead {

	public static void main(String[] args) throws IOException {
		FileInputStream inputStream = new FileInputStream("test.txt");
		FileChannel channel = inputStream.getChannel();
		
		ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
		channel.read(buffer);
		buffer.flip();
		StringBuffer stringBuffer = new StringBuffer();
		while (buffer.remaining() > 0) {
			byte b = buffer.get();
			stringBuffer.append((char) b);
		}
		System.out.println(stringBuffer);
		channel.close();
		inputStream.close();
	
	}
}

（2）写数据

package cn.edu.hust.io.nio;

import java.io.File;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class NIOWrite {

	public static void main(String[] args) throws IOException {
		File file = new File("test.txt");
		FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream(file);
		FileChannel channel = outputStream.getChannel();
		ByteBuffer buffer =  ByteBuffer.allocate(1024);
		String data = "Benz Audi BMW Toyota Honda Nissan Mazda Volvo";
		buffer.put(data.getBytes());
		buffer.flip(); //准备好数据
		channel.write(buffer);
		channel.close();
		outputStream.close();
		
	}
}