【Java基础】NIO 初步了解

NIO（Non-blocking I/O，在 Java 领域，也称为 New I/O），是一种同步非阻塞的I/O模型，也是I/O多路复用的基础。那和普通 IO 有什么区别呢？

一、概述

NIO 是从 Java 1.4 版本开始引入的一个新的 IO API，NIO 支持面向缓冲区的、基于通道的 IO 操作。
原来的 IO 是阻塞式 IO，与 NIO 的对比：

IO	NIO
面向流	面向缓冲
阻塞 IO	非阻塞 IO
无	选择器

1、面向流和面向缓冲
面向流是每次从流中读取一个或多个字节，直到读取完。读过了就过了。
面向缓冲是把数据先放到缓冲区中，需要读取的时候从缓冲区拿，缓冲区数据读取后还在，还能通过指针移动读取缓冲区中不同的数据。

2、阻塞/非阻塞
阻塞就是不读写数据的时候也要占着线程，不能干别的。非阻塞是不读写的时候该线程可以干别的事情。

3、选择器
允许一个线程管理多个输入通道。

使用场景：
NIO：需要管理同时打开的多个连接（如聊天服务器），连接每次仅发送少量数据。
IO：少量连接，每次发送大量数据

处理数据的流程：
阻塞 IO

NIO

二、NIO 基础

Buffer和 Channel是标准NIO中的核心对象。

• Channel 是对原IO中流的模拟，任何来源和目的数据都必须通过一个Channel对象
• Buffer 实质上是一个容器对象，发给 Channel 的所有对象都必须先放到 Buffer 中；同样的，从 Channel 中读取的任何数据都要读到 Buffer 中。

一）关于 Buffer

Buffer 包含一些要写入或读出的数据。在 NIO 中，所有的数据都是用 Buffer 处理的，它是 NIO 读写数据的中转池。Buffer 实质上是一个数组，提供对数据结构化访问的功能。
使用 Buffer 读写数据一般有以下四个步骤：

1. 写入数据到 Buffer；
2. 调用 flip() 方法，从写模式转换为读模式；
3. 从 Buffer 中读取数据；
4. 调用 clear() 方法（清空）；或者 compact() 方法（清除已读数据）。

二）关于 Channel

可以通过 Channel 读取和写入数据。可以把它看做 IO 中的流。但是它和流相比还有一些不同。

• Channel 是双向的，既可以读又可以写，而流是单向的
• Channel 可以进行异步的读写
• 对 Channel 的读写必须通过 buffer 对象

三、案例 demo

下面通过一个案例讲解 NIO 的操作过程。
将从一个文件中读取数据，写入到另一个文件中，代码如下

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

public class CopyFileUseNIO {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        String src = "/xxxx/LICENSE.txt";
        String dst = "/xxxx/LICENSE-COPY.txt";

        FileInputStream fi = new FileInputStream(src);
        FileOutputStream fo = new FileOutputStream(dst);

        //获得传输通道channel
        FileChannel inChannel = fi.getChannel();
        FileChannel outChannel = fo.getChannel();

        //获得容器buffer
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        while (true) {
            //判断是否读完文件
            int eof = inChannel.read(buffer); // #1
            if (eof == -1) {
                break;
            }
            //重设一下buffer的position=0，limit=position
            buffer.flip();        // #2
            //开始写
            outChannel.write(buffer);  // #3
            //写完要重置buffer，重设position=0,limit=capacity
            buffer.clear();  // #4
        }

        inChannel.close();
        outChannel.close();
        fi.close();
        fo.close();
    }
}

关注上面有注释的 #1 ~ #4 四个位置。
四个位置代码执行后 buffer 数据如下所示，参考下面的可以帮你更好的理解，几个操作都做了什么事情。

当然，也可以直接看源码，很简洁易懂：（如 clear 的操作逻辑）

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

四、总结

本节对 NIO 进行了简要介绍。与原 IO 进行了对比，对 NIO 的读写流程进行了介绍，讲解了 NIO 重要的概念 buffer 和 channel。所有的数据必须经过 buffer 处理，channel 仅是连接的管道，不能直接从 channel 中获取数据。
NIO 有非阻塞的特性，不会在读写未完毕时持续阻塞线程，当未在读写时，线程可以处理别的事情。
最后提供了读写数据的 demo 帮助理解。

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参考文章：
Java NIO浅析
Java常见面试题汇总-----------Java基础（NIO与IO的区别）
Java NIO 详解（一）