Java NIO真得就这么简单

Java NIO真得就这么简单

大多数人肯定了解Java IO, 但是对于NIO一般是陌生的，但是Java NIO是一个高频知识点，又不得不学，所以本文通过图文+代码的方式，保姆级别的讲述Java NIO的各个知识点。觉得写得好的，希望点个赞，给个收藏。

Java IO 与 Java NIO的区别

Java IO 与 Java NIO读取文件的差别

普通Java IO

public static void ioReadFile(String fileName) throws Exception {
    BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream(new File(fileName)));
    int len = 0;
    byte [] bytes = new byte[32];
    while((len = bis.read(bytes)) != -1){
        for(int i = 0; i < len; i++) {
        	System.out.print((char) bytes[i]);
        }
    }
    bis.close();
}

Java NIO

public static void nioReadFile(String fileName) throws Exception{
    RandomAccessFile read = new RandomAccessFile(fileName, "r");
    FileChannel channel = read.getChannel();

    ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(32);

    while(channel.read(byteBuffer) > 0) {
        byteBuffer.flip();
        while(byteBuffer.hasRemaining()){
            System.out.print((char) byteBuffer.get());
        }
        byteBuffer.clear();
    }
    read.close();
    channel.close();
}

Java IO与Java NIO主要有三个区别

1. 普通IO是面向流(stream)的处理，而NIO是面向缓冲区(buffer)的处理

   • 面向流

     Java IO面向流意味着每次从流中读取一个或多个字节，直至读取所有字节，字节数据没有被缓存在任何地方，不能前后移动在流中读取数据的位置。

   • 面向缓冲区

     Java NIO面向缓冲区，数据读取到一个稍后处理的缓冲区，需要时可在缓冲区中前后移动。增加了处理过程中的灵活性。

2. 普通IO是阻塞IO，当一个线程调用read() 或 write()时，该线程被阻塞，直到有一些数据被读取，或数据完全写入。该线程在此期间不能再干任何事情了。而NIO是非阻塞IO,Java 一个线程从某通道发送请求读取数据，如果无可读取数据，其不会被阻塞，在数据变得可读取之前可以做其他事情

3. 普通IO不支持selector,而NIO支持selector.(selector下文会详细解释).通过Selector对象，可以实现IO复用，下文会详细讲述。

NIO的三个核心部分

从上面NIO读取文件的代码，可以看出，NIO方式读取文件，首先需要获取一个传输数据的通道channel,之后构建一个承载数据的buffer.打个形象点的比喻就是channel相当于铁路，而buffer相当于货运火车，通过铁路，货运火车可以源源不断将货物，从出发点运抵目的地。其实还有一个selector,构成NIO的三个核心。

channel

channel的读写是双向的，既可以从通道读数据，又可以往通道写数据，而流一般是单向的，比如输入流，输出流，同时channel也支持异步得读写

channel主要有一下四种实现

• FileChannel 从文件中读取数据
• DatagramChannel 通过UDP读取网络中的数据
• SocketChannel 通过TCP读取网络中的数据
• ServerSockerChannel 监听新进来的TCP连接，类似web服务

buffer

buffer其实本质是一块可以写入数据，也可以读取数据的内存

其工作流程主要分为一下几个步骤

• 写入数据到buffer
• 调用flip方法
• 从buffer中读取数据
• 调用clear方法或者compact方法

buffer主要有三个属性capacity,position,limit,通过分析其三个属性，可以详细了解其工作原理

capacity:buffer的大小，对于ByteBuffer，就是规定其能存储的最大byte数

buffer分为读模式和写模式，如下图所示

position:下一个要被读或写的元素的位置。

写数据时，初始的position值为0.当一个byte、long等数据写到Buffer后，position会向前移动到下一个可插入数据的Buffer单元。position最大可为capacity-1.

读数据时，position也是从0开始，向前读取数据。写模式向读模式切换时，会将position重置为0

limit:缓冲区里的数据总数。

在写模式下，Buffer的limit表示你最多能往Buffer里写多少数据。写模式下，limit等于Buffer的capacity。当切换Buffer到读模式时， limit表示你最多能读到多少数据。因此，当切换Buffer到读模式时，limit会被设置成写模式下的position值。换句话说，你能读到之前写入的所有数据。

重要方法

flip方法：从写模式切换到读模式，position置为0，limit设置为之前写模式的position值。

rewind方法：将position设置为0，但limit不变

clear方法：position设置为0，limit设置为capacity的值

compact方法：将所有未读的数据拷贝到Buffer起始处，然后将position设到最后一个未读元素正后面。limit属性依然像clear方法一样设置成capacity.现在Buffer准备好了写数据，但是不会覆盖未读数据。

mark、reset方法：通过调用Buffer.mark()方法，可以标记Buffer的一个特定position。之后可以通过调用Buffer.reset方法恢复到这个position

Buffer.mark();
//call Buffer.get() a couple of times, e.g. during parsing.
Buffer.reset();  //set position back to mark.

selector

Selector是channel的管理器，Selector允许单线程处理多个 Channel。如果你的应用打开了多个连接（通道），但每个连接的流量都很低，使用Selector就会很方便。例如，在一个聊天服务器中。这是在一个单线程中使用一个Selector处理3个Channel的图示：

要使用Selector，得向Selector注册Channel，然后调用它的select()方法。这个方法会一直阻塞到某个注册的通道有事件就绪。一旦这个方法返回，线程就可以处理这些事件，事件的例子有如新连接进来，数据接收等。

Java NIO IO复用

java NIO复用，主要是通过Selector对象实现的，通过Selector对象，注册监听多个通道的多个事件，事件主要有四种，如下所示

OP_ACCEPT: 监听连接事件，服务器监听客户端的连接请求

OP_CONNECT:连接就绪事件，客户端与服务器已经连接成功

OP_READ:读就绪事件，通道中已有可读数据，可以指向读操作

OP_WRITE:写就绪事件，可以向通道中写数据

IO复用代码实例

下面代码主要实现客户端向服务端传送图片数据的功能

client代码

public class NoBlockClient {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
		//创建一个SocketChannel对象，通过从TCP读取数据，并绑定相应服务端ip和port
        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 6666));
		
        //设置为非阻塞IO
        socketChannel.configureBlocking(false);
		
        //为需要传送的图片文件建立channel
        FileChannel fileChannel = FileChannel.open(Paths.get("C:\\Users\\LENOVO\\Desktop\\1.png"), StandardOpenOption.READ);
		
        //创建运载数据所需的ByteBuffer对象
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

        //从FileChannel中读取数据到ByteBuffer
        //将ByteBuffer对象写入SocketChannel
        while (fileChannel.read(buffer) != -1) {

            buffer.flip();

            socketChannel.write(buffer);

            buffer.clear();
        }
		//关闭相应通道
        fileChannel.close();
        socketChannel.close();
    }
}

Server代码

public class NoBlockServer {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
		//创建一个ServerSocketChannel对象
        ServerSocketChannel server = ServerSocketChannel.open();
		//设置为非阻塞IO
        server.configureBlocking(false);
		//绑定监听端口
        server.bind(new InetSocketAddress(6666));
		
        //建立Selector对象，并注册OP_ACCEPT事件
        Selector selector = Selector.open();
        server.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
		
        //selector.select()方法一直会阻塞，除非监听的事件就绪
        while (selector.select() > 0) {
            Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator();

            while (iterator.hasNext()) {

                SelectionKey selectionKey = iterator.next();
			   //有新的连接
                if (selectionKey.isAcceptable()) {
				  //为连接创建一个SocketChannel	
                    SocketChannel client = server.accept();

                    client.configureBlocking(false);
				  //监听读事件
                    client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                    
				//可读
                } else if (selectionKey.isReadable()) {
	
                    SocketChannel client = (SocketChannel) selectionKey.channel();

                    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024 * 1024);
				  
                    //创建一个FileChannel,接受网络数据
                    FileChannel outChannel = FileChannel.open(Paths.get("2.png"), StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.CREATE);
                    
				  //从SocketChannel读取数据，并通过ByteBuffer，向FileChannel对象传输
                    while (client.read(buffer) > 0) {
                        buffer.flip();
                        outChannel.write(buffer);
                        buffer.clear();
                    }
                    client.close();
                }
                //处理完了的就绪事件，一定要删除，否则会反复处理
                iterator.remove();
            }
        }

    }
}

参考文章

如何学习Java的NIO？