JAVA-NIO（一）

概述

NIO是在JDK1.4中引入的。NIO 弥补了原来的 I/O 的不足，它在标准 Java 代码中提供了高速的、面向块的 I/O。通过定义包含数据的类，以及通过以块的形式处理这些数据，这是原来的 I/O 包所无法做到的。在原来的java编程中，使用的IO模式是流的方式，所有的IO都是以单个字节的方式移动的，通过一个Stream对象进行移动。而NIO则以块的方式处理IO,这种处理方式更加符合操作系统的IO处理方式（程序语言对与IO的处理都是借助于操作系统的IO系统进行处理的）
NIO 将最耗时的 I/O 操作(即填充和提取缓冲区)转移回操作系统，因而可以极大地提高速度。操作系统与 Java 基于流的 I/O模型有些不匹配。操作系统要移动的是大块数据（缓冲区），这往往是在硬件直接存储器存取（ DMA）的协助下完成的。而 JVM 的 I/O 类喜欢操作小块数据——单个字节、几行文本。结果，操作系统送来整缓冲区的数据， java.io 的流数据类再花大量时间把它们拆成小块，往往拷贝一个小块就要往返于几层对象。操作系统喜欢整卡车地运来数据， java.io 类则喜欢一铲子一铲子地加工数据。有了 NIO，就可以轻松地把一卡车数据备份到您能直接使用的地方（ ByteBuffer 对象）。

通道与缓冲区

通道与缓冲区是NIO的核心内容，几乎每一步IO操作都会需要它。

通道

通道是进行输入输出时的一个数据流流通的载体，进行文件数据的读取时，需要打开一个通道，通过该通道进行数据的读取，进行socket通信时，读取数据时也需要一个通道，针对不同的数据源，NIO提供了不同的通道。
通道是双向的，可以同时进行读写。

缓冲区

NIO的缓冲区本质是一个Buffer对象，底层是一个数组。用来存放从管道读取的数据，或者将数据输出到管道。在NIO中，所有的数据都是用缓冲区进行处理的，在读取数据时，是直接读取到缓冲区，将要输出的数据也是先写入到缓冲区。
NIO的缓存区分为一些几种类型：

• ByteBuffer
• CharBuffer
• ShortBuffer
• IntBuffer
• LongBuffer
• FloatBuffer
• DoubleBuffer
  每一个Buffer类都是Buffer子类。

缓冲区的结构

对于Buffer具有两个重要的组件：状态变量与访问方法。

状态变量

状态变量是缓冲区对内部数据的一种跟踪方法，由于每一步进行读写都会改变缓冲区的状态，缓冲区通过状态变量管理自己的资源，这样调用方就无需关心内部结构。

Buffer具有三个指定任意时刻缓冲区的状态的变量：

• position
• limit
• capacity

position

它指定了下一个字节将要放到数组的那个位置，比如说如果从通道读取了三个字节，那么position将会被设置为3，指向数组的第四个位置。

limit

表示还有多少数据需要取出（从缓冲区写入通道时），或者还有多少空间可以存放数据（从通道写入缓冲区时），position<=limit

capacity

表示了缓冲区的最大容量，其实就是数组的大小。limit决不能大于capacity

模拟读写时，状态变量的变化

我们首先观察一个新创建的缓冲区。出于本例子的需要，我们假设这个缓冲区的 总容量 为8个字节。 Buffer 的状态如下所示：

回想一下 ，limit 决不能大于 capacity，此例中这两个值都被设置为 8。我们通过将它们指向数组的尾部之后(如果有第8个槽，则是第8个槽所在的位置)来说明这点。

position 设置为0。如果我们读一些数据到缓冲区中，那么下一个读取的数据就进入 slot 0 。如果我们从缓冲区写一些数据，从缓冲区读取的下一个字节就来自 slot 0 。 position 设置如下所示：

由于 capacity 不会改变，所以我们在下面的讨论中可以忽略它。
第一次读取
现在我们可以开始在新创建的缓冲区上进行读/写操作。首先从输入通道中读一些数据到缓冲区中。第一次读取得到三个字节。它们被放到数组中从 position 开始的位置，这时 position 被设置为 0。读完之后，position 就增加到 3，如下所示：

limit 没有改变。
第二次读取
在第二次读取时，我们从输入通道读取另外两个字节到缓冲区中。这两个字节储存在由 position 所指定的位置上， position 因而增加 2：

limit 没有改变。
flip
现在我们要将数据写到输出通道中。在这之前，我们必须调用 flip() 方法。这个方法做两件非常重要的事：
它将 limit 设置为当前 position。
它将 position 设置为 0。
前一小节中的图显示了在 flip 之前缓冲区的情况。下面是在 flip 之后的缓冲区：

我们现在可以将数据从缓冲区写入通道了。 position 被设置为 0，这意味着我们得到的下一个字节是第一个字节。 limit 已被设置为原来的 position，这意味着它包括以前读到的所有字节，并且一个字节也不多。
第一次写入
在第一次写入时，我们从缓冲区中取四个字节并将它们写入输出通道。这使得 position 增加到 4，而 limit 不变，如下所示：

第二次写入
我们只剩下一个字节可写了。 limit在我们调用 flip() 时被设置为 5，并且 position 不能超过 limit。所以最后一次写入操作从缓冲区取出一个字节并将它写入输出通道。这使得 position 增加到 5，并保持 limit 不变，如下所示：

clear
最后一步是调用缓冲区的 clear() 方法。这个方法重设缓冲区以便接收更多的字节。 Clear 做两种非常重要的事情：
1. 它将 limit 设置为与 capacity 相同。
2. 它设置 position 为 0。
下图显示了在调用 clear() 后缓冲区的状态：

缓冲区现在可以接收新的数据了。

上述有提到几个方法：flip()、clear(),其实就是改变position、capacity、limit的值
看源码很清晰：

//clear 方法
public final Buffer clear() {
        position = 0;
        limit = capacity;
        mark = -1;
        return this;
    }

//flip 方法
public final Buffer flip() {
        limit = position;
        position = 0;
        mark = -1;
        return this;
    }

// rewind 方法
 public final Buffer rewind() {
        position = 0;
        mark = -1;
        return this;
    }

访问方法

访问方法是操作缓冲区中的数据，可以进行读取，写入。如前面所说，其底层是一个数组，所以可以进行指定位置的读取与写入。这是流无法带来的。

链接：一个讲NIO清晰到不能再清晰的文章
本文是楼主对链接文章学习后的一个高仿文章，由于原文太长，所以进行了切割。