SE高阶(2)：NIO流—理解Buffer、Channel概念和NIO的读写操作方式

简要了解NIO流体系，并阐述NIO流和IO流的不同点，理解Buffer（缓冲区）是如何处理读写操作以及关于通道和字符集对于缓冲区的作用。代码实例放在nio代码示例中。

和nio有关的知识点都放在java.nio包中，大体分类如下

• java.nio 包：包含各种类型的Buffer(缓冲区)
• java.nio.channels包：包含各种Channel(管道) 和Selector(选择器)
• java.nio.charset包:包含各种处理字符集的类 

NIO流与IO流的不同之处

面向流与面向块

• IO流是每次处理一个或多个字节，效率很慢（字符流处理的也是字节，只是对字节进行编码和解码处理）。
• NIO流是以数据块为单位来处理，缓冲区就是用于读写的数据块。缓冲区的读取/写入操作是由底层操作系统实现的，效率很快。

阻塞式与非阻塞式

• IO流是阻塞式的，使用read()与write()方法时，执行期间只能等待该方法完成。
• NIO流是非阻塞式的，执行读写时依然可以做别的事情，不会阻塞线程，提高资源利用率，NIO流的Selector就是非阻塞式的。

NIO加入了Selector（选择器）

• Selector可以让一个线程监视多个Channel，只需要一个线程处理所有管道，减少线程开销。

使用Buffer（缓冲区）

• 常用ByteBuffer 和 CharBuffer，还有一系列值类型Buffer，可以应用于不同类型。
• 所有Buffer都是抽象类，无法直接实例化。创建缓冲区要调用XxxBuffer allocate()，参数是缓冲区容量。
• 缓冲区数据存放在内存中，读写效率很高。
• 缓冲区有记录指针，能改变读写的起始点，根据不同需求，灵活处理数据。
  

Buffer的重要概念

• capacity(容量)：缓冲区支持的最大容量。
• position(记录指针)：是缓冲区读写数据的起始点，初始值为0。position随着数据的加入而改变，例如读取2个数据到Buffer中，则position = 2。
• limit(界限)：是缓冲区读写数据的终止点，limit之后的区域无法访问。
• mark(标记)：mark在0~position之间，设置该值就会把position移动到mark处。

Buffer的常用方法：

• flip()：确定缓冲区的数据的起始点和终止点，为输出数据做准备<即写入到通道中>。limit = position，position = 0。
• clear()：把缓冲区初始化，准备再次接收数据到缓冲区。position = 0，limit = capacity。
• hasRemaining()：判断postion到limit之间是否还有元素未处理。
• rewind()：postion设为0，则mark值无效。
• limit(int newLt)：设置界限值，并返回一个缓冲区，该缓冲区的界限和limit()设置的一样。
• get()和put()：获取元素和放入元素。
• 如果使用clear()之后，无法直接使用get()获取元素，需要使用get(int index)根据索引值来获取对应元素。

图片理解Buffer如何读写数据：

使用Channel（通道）

Channel进行读写操作离不开Buffer。read()表示读取通道数据到缓冲区，write()表示把缓冲区数据写入到通道。

Channel需要节点流作为创建基础，例如FileInputStream和FileOutputStream()的getChannel()。RandomAccessFile也能创建文件通道，支持读写模式。

通道是双向的，既能读取，也能写入。IO流是单向的，输入和输出使用不同的流，而且通过节点流创建的通道也是单向的，使用RandomAccessFile创建的通道支持双向。

通道可以异步读写，异步读写表示通道执行读写操作时，也能做别的事情，解决线程阻塞。

如果使用文件管道（FileChannel），建议用RandomAccessFile来创建管道，因为该类支持读写模式以及有大量处理文件的方法。

Channel实现类

• FileChannel：读写文件通道
• SocketChannel：通过TCP读写网络数据通道
• ServerSocketChannel：监听多个TCP连接
• DataChannel：通过UDP读写网络数据通道
• Pipe.SinkChannel、Pipe.SourceChannel：线程通信管道传输数据
  

Channel的常用方法

• read() ：从Buffer中读取数据。
• write() ：写入数据到Buffer中。
• map() ：把管道中部分数据或者全部数据映射成MappedByteBuffer，本质也是一个ByteBuffer。map()方法参数（读写模式，映射起始位置，数据长度）。
• force()：强制将此通道的元数据也写入包含该文件的存储设备。

使用charset（字符集）

• 用来在字节和 Unicode 字符之间转换的 charset，还定义了用于创建解码器和编码器以及获取与 charset 关联的各种名称的方法。
• CharsetDecoder(解码器)：把字节转成字符，例如查看文本数据，需要转成字符才能查看，如果是字节，就看不懂了。
• CharsetEncoder(编码器)：把字符转成字节，因为字节是计算机最小的存储单位，所以通道的读写操作都与ByteBuffer有关。
• 解码器和编码器都不能直接创建，需要一个Charset对象来创建对应的解码器和编码器。

Charset的常用方法

• forName()：根据传入的字符集获得对应的字符集对象。
• defaultCharset()：获得当前使用的默认字符集。
• availableCharsets()：获得所有有效的字符集。
• 当使用nio来获取文件内容时，如果是文本数据，那么需要进行转码，才能查看正确内容，这就需要解码器。
• 如果要把字符数据写入文件，需要将CharBuffer转码成ByteBuffer，这就需要编码器。