前言
Java NIO 由以下几个核心部分组成： 1 、Buffer 2、Channel 3、Selector
传统的IO操作面向数据流，意味着每次从流中读一个或多个字节，直至完成，数据没有被缓存在任何地方。
NIO操作面向缓冲区，数据从Channel读取到Buffer缓冲区，随后在Buffer中处理数据。
本文着重介绍Channel和Buffer的概念以及在文件读写方面的应用和内部实现原理。
Buffer
A buffer is a linear, finite sequence of elements of a specific primitive type. 一块缓存区，内部使用字节数组存储数据，并维护几个特殊变量，实现数据的反复利用。 1、mark：初始值为-1，用于备份当前的position; 2、position：初始值为0，position表示当前可以写入或读取数据的位置，当写入或读取一个数据后，position向前移动到下一个位置； 3、limit：写模式下，limit表示最多能往Buffer里写多少数据，等于capacity值；读模式下，limit表示最多可以读取多少数据。 4、capacity：缓存数组大小
mark()：把当前的position赋值给mark
public final Buffer mark() { mark = position; return this; } reset()：把mark值还原给position
public final Buffer reset() { int m = mark; if (m < 0) throw new InvalidMarkException(); position = m; return this; } clear()：一旦读完Buffer中的数据，需要让Buffer准备好再次被写入，clear会恢复状态值，但不会擦除数据。
public final Buffer clear() { position = 0; limit = capacity; mark = -1; return this; } flip()：Buffer有两种模式，写模式和读模式，flip后Buffer从写模式变成读模式。
public final Buffer flip() { limit = position; position = 0; mark = -1; return this; } rewind()：重置position为0，从头读写数据。
public final Buffer rewind() { position = 0; mark = -1; return this; } 目前Buffer的实现类有以下几种：
ByteBuffer CharBuffer DoubleBuffer FloatBuffer IntBuffer LongBuffer ShortBuffer MappedByteBuffer
ByteBuffer
A byte buffer，extend from Buffer ByteBuffer的实现类包括"HeapByteBuffer"和"DirectByteBuffer"两种。
HeapByteBuffer
public static ByteBuffer allocate(int capacity) { if (capacity < 0) throw new IllegalArgumentException(); return new HeapByteBuffer(capacity, capacity); } HeapByteBuffer(int cap, int lim) {
super(-1, 0, lim, cap, new byte[cap], 0); } HeapByteBuffer通过初始化字节数组hd，在虚拟机堆上申请内存空间。
DirectByteBuffer
public static ByteBuffer allocateDirect(int capacity) { return new DirectByteBuffer(capacity); } DirectByteBuffer(int cap) { super(-1, 0, cap, cap); boolean pa = VM.isDirectMemoryPageAligned(); int ps = Bits.pageSize(); long size = Math.max(1L, (long)cap + (pa ? ps : 0)); Bits.reserveMemory(size, cap);
long base = 0;
try {
base = unsafe.allocateMemory(size);
} catch (OutOfMemoryError x) {
Bits.unreserveMemory(size, cap);
throw x;
}
unsafe.setMemory(base, size, (byte) 0);
if (pa && (base % ps != 0)) {
// Round up to page boundary
address = base + ps - (base & (ps - 1));
} else {
address = base;
}
cleaner = Cleaner.create(this, new Deallocator(base, size, cap));
att = null;
复制代码} DirectByteBuffer通过unsafe.allocateMemory申请堆外内存，并在ByteBuffer的address变量中维护指向该内存的地址。 unsafe.setMemory(base, size, (byte) 0)方法把新申请的内存数据清零。
Channel
A channel represents an open connection to an entity such as a hardware device, a file, a network socket, or a program component that is capable of performing one or more distinct I/O operations, for example reading or writing. NIO把它支持的I/O对象抽象为Channel，Channel又称“通道”，类似于原I/O中的流（Stream），但有所区别： 1、流是单向的，通道是双向的，可读可写。 2、流读写是阻塞的，通道可以异步读写。 3、流中的数据可以选择性的先读到缓存中，通道的数据总是要先读到一个缓存中，或从缓存中写入，如下所示：
目前已知Channel的实现类有：
FileChannel DatagramChannel SocketChannel ServerSocketChannel FileChannel
A channel for reading, writing, mapping, and manipulating a file. 一个用来写、读、映射和操作文件的通道。 FileChannel的read、write和map通过其实现类FileChannelImpl实现。
read实现
public int read(ByteBuffer dst) throws IOException { ensureOpen(); if (!readable) throw new NonReadableChannelException(); synchronized (positionLock) { int n = 0; int ti = -1; try { begin(); ti = threads.add(); if (!isOpen()) return 0; do { n = IOUtil.read(fd, dst, -1, nd); } while ((n == IOStatus.INTERRUPTED) && isOpen()); return IOStatus.normalize(n); } finally { threads.remove(ti); end(n > 0); assert IOStatus.check(n); } } } FileChannelImpl的read方法通过IOUtil的read实现：
static int read(FileDescriptor fd, ByteBuffer dst, long position, NativeDispatcher nd) IOException { if (dst.isReadOnly()) throw new IllegalArgumentException("Read-only buffer"); if (dst instanceof DirectBuffer) return readIntoNativeBuffer(fd, dst, position, nd);
// Substitute a native buffer
ByteBuffer bb = Util.getTemporaryDirectBuffer(dst.remaining());
try {
int n = readIntoNativeBuffer(fd, bb, position, nd);
bb.flip();
if (n > 0)
dst.put(bb);
return n;
} finally {
Util.offerFirstTemporaryDirectBuffer(bb);
}
复制代码} 通过上述实现可以看出，基于channel的文件数据读取步骤如下： 1、申请一块和缓存同大小的DirectByteBuffer bb。 2、读取数据到缓存bb，底层由NativeDispatcher的read实现。 3、把bb的数据读取到dst（用户定义的缓存，在jvm中分配内存）。 read方法导致数据复制了两次。
write实现
public int write(ByteBuffer src) throws IOException { ensureOpen(); if (!writable) throw new NonWritableChannelException(); synchronized (positionLock) { int n = 0; int ti = -1; try { begin(); ti = threads.add(); if (!isOpen()) return 0; do { n = IOUtil.write(fd, src, -1, nd); } while ((n == IOStatus.INTERRUPTED) && isOpen()); return IOStatus.normalize(n); } finally { threads.remove(ti); end(n > 0); assert IOStatus.check(n); } } } 和read实现一样，FileChannelImpl的write方法通过IOUtil的write实现：
static int write(FileDescriptor fd, ByteBuffer src, long position, NativeDispatcher nd) throws IOException { if (src instanceof DirectBuffer) return writeFromNativeBuffer(fd, src, position, nd); // Substitute a native buffer int pos = src.position(); int lim = src.limit(); assert (pos <= lim); int rem = (pos <= lim ? lim - pos : 0); ByteBuffer bb = Util.getTemporaryDirectBuffer(rem); try { bb.put(src); bb.flip(); // Do not update src until we see how many bytes were written src.position(pos); int n = writeFromNativeBuffer(fd, bb, position, nd); if (n > 0) { // now update src src.position(pos + n); } return n; } finally { Util.offerFirstTemporaryDirectBuffer(bb); } } 通过上述实现可以看出，基于channel的文件数据写入步骤如下： 1、申请一块DirectByteBuffer，bb大小为byteBuffer中的limit - position。 2、复制byteBuffer中的数据到bb中。 3、把数据从bb中写入到文件，底层由NativeDispatcher的write实现，具体如下：
private static int writeFromNativeBuffer(FileDescriptor fd, ByteBuffer bb, long position, NativeDispatcher nd) throws IOException { int pos = bb.position(); int lim = bb.limit(); assert (pos <= lim); int rem = (pos <= lim ? lim - pos : 0);
int written = 0;
if (rem == 0)
return 0;
if (position != -1) {
written = nd.pwrite(fd,
((DirectBuffer)bb).address() + pos,
rem, position);
} else {
written = nd.write(fd, ((DirectBuffer)bb).address() + pos, rem);
}
if (written > 0)
bb.position(pos + written);
return written;
复制代码} write方法也导致了数据复制了两次
Channel和Buffer示例
File file = new RandomAccessFile("data.txt", "rw"); FileChannel channel = file.getChannel(); ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);
int bytesRead = channel.read(buffer); while (bytesRead != -1) { System.out.println("Read " + bytesRead); buffer.flip(); while(buffer.hasRemaining()){ System.out.print((char) buffer.get()); } buffer.clear(); bytesRead = channel.read(buffer); } file.close(); 注意buffer.flip() 的调用，首先将数据写入到buffer，然后变成读模式，再从buffer中读取数据。
1、具有1-5工作经验的，面对目前流行的技术不知从何下手，
需要突破技术瓶颈的可以加。
2、在公司待久了，过得很安逸，
但跳槽时面试碰壁。
需要在短时间内进修、跳槽拿高薪的可以加。
3、如果没有工作经验，但基础非常扎实，对java工作机制，
常用设计思想，常用java开发框架掌握熟练的，可以加。
4、觉得自己很牛B，一般需求都能搞定。
但是所学的知识点没有系统化，很难在技术领域继续突破的可以加。
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