JAVA NIO概念详解

Java NIO（New I/O）是Java平台提供的一组用于高效处理I/O操作的API。相较于传统的Java I/O（java.io）API，Java NIO提供了更加灵活、高效的非阻塞I/O操作方式。主要一些概念如下。

缓冲区（Buffer）

Java NIO中的I/O操作是基于缓冲区的。缓冲区实质上是一个固定大小的内存块，用于存储数据。它可以作为数据的源或目标，在通道（Channel）和数据源之间进行传输。

缓冲区（Buffer）是一个核心概念，用于存储数据，并作为数据源或目标在通道（Channel）和数据源之间进行传输。下面是对Java NIO缓冲区的详细解释：

缓冲区基本概念

 缓冲区实质上是一个固定大小的内存块，可以存储不同类型的数据（例如字节数据或字符数据）。它具有容量（Capacity）、上界（Limit）、位置（Position）和标记（Mark）等属性。

• 容量（Capacity）：缓冲区的容量表示它可以存储的最大数据量，一旦创建后不可更改。
• 上界（Limit）：上界表示缓冲区中当前有效数据的末尾位置，初始时与容量相等，通过设置上界可以控制读写操作的范围。
• 位置（Position）：位置表示下一个要读取或写入数据的索引位置，初始时为0，通过读写操作可以逐渐增加。
• 标记（Mark）：标记是一个可选属性，用于记录位置的备份，在某些操作中可以用来恢复位置的值。

缓冲区类型：

Java NIO提供了多种类型的缓冲区，以适应不同类型数据的存储需求，包括：

• ByteBuffer：字节缓冲区。
• CharBuffer：字符缓冲区。
• ShortBuffer：短整型缓冲区。
• IntBuffer：整型缓冲区。
• LongBuffer：长整型缓冲区。
• FloatBuffer：浮点型缓冲区。
• DoubleBuffer：双精度浮点型缓冲区。

缓冲区的读写操作

缓冲区提供了一组读写操作，用于从缓冲区中读取数据或将数据写入缓冲区。这些操作包括：

• put()：将数据写入缓冲区。
• get()：从缓冲区中读取数据。
• flip()：将写模式切换为读模式，设置上界为当前位置，位置重置为0。
• rewind()：重置位置为0，保持上界不变，可重复读取缓冲区中的数据。
• clear()：清空缓冲区，设置位置为0，上界为容量，用于准备写入新的数据。
• compact()：将未读取的数据移到缓冲区的开始位置，位置设置为未读取数据的末尾，上界保持不变。

直接缓冲区和非直接缓冲区

Java NIO提供了直接缓冲区和非直接缓冲区两种类型。

直接缓冲区：直接缓冲区使用操作系统的本地内存进行存储，可以提供更快的数据传输速度。

非直接缓冲区：非直接缓冲区使用Java堆内存进行存储，通过Java堆与本地内存之间的拷贝进行数据传输。

通道（Channel）

通道表示与数据源之间的连接，可以是文件、网络套接字等。通道类似于流（Stream），但与流不同的是，通道可以进行双向数据传输。

通道（Channel）是连接数据源和缓冲区之间的桥梁，用于进行数据的读取和写入操作。通道类似于传统的流（Stream），但提供了更加灵活和高效的非阻塞 I/O 操作方式。下面是对Java NIO通道的详细解释：

通道基本概念

通道表示数据源和缓冲区之间的连接，可以是文件、网络套接字等。通道提供了一种双向数据传输的能力，可以用于读取和写入数据。在Java NIO中，通道是使用特定的数据类型进行操作的，例如ByteBuffer、CharBuffer等。

通道的分类

Java NIO中的通道主要分为两类：文件通道（FileChannel）和网络通道（SocketChannel、ServerSocketChannel、DatagramChannel）。其中，文件通道用于文件的读写操作，而网络通道用于网络的读写操作。

文件通道（FileChannel）

文件通道用于对文件进行读写操作。可以通过调用Java NIO库中的FileChannel.open()方法来获取文件通道的实例。文件通道提供了一组方法用于读取和写入数据，例如读取、写入字节数据，获取文件的大小、位置等。

网络通道（SocketChannel、ServerSocketChannel、DatagramChannel）

网络通道用于进行网络的读写操作。在Java NIO中，提供了SocketChannel用于客户端与服务器之间的连接，ServerSocketChannel用于服务器接收客户端连接，DatagramChannel用于进行UDP数据报的读写操作。网络通道支持非阻塞I/O操作，可以与选择器（Selector）一起使用，实现多路复用和高性能的网络编程。

通道的读写操作

通道提供了一组用于读取和写入数据的方法。例如，可以使用read()方法从通道中读取数据到缓冲区，使用write()方法将缓冲区中的数据写入到通道。此外，还可以使用还可以使用transferFrom()和transferTo()方法实现通道之间的数据传输。

通道的关闭和释放

在使用完通道后，应该显式地调用通道的close()方法来关闭通道，释放相关的资源。通道关闭后，将无法再进行读写操作。

选择器（Selector）

选择器是Java NIO中的一个重要组件，它可以用于监控多个通道的状态，并在通道就绪时进行处理。通过选择器，可以使用较少的线程处理多个通道的I/O操作，提高系统的性能和响应性。

监控多个通道（Channel）的状态，并在通道就绪时进行处理。选择器与非阻塞I/O操作一起使用，可以实现单线程处理多个通道的I/O操作，提高系统的性能和响应性。下面是对Java NIO选择器的详细解释：

选择器基本概念

选择器是一个对象，可以注册到一个或多个通道上，用于监控这些通道的状态变化。选择器能够检测到通道是否已经准备好进行读取或写入操作，以及是否发生了异常等。

选择器的创建

可以通过调用Selector.open()方法创建一个选择器的实例。

通道的注册

将一个通道注册到选择器上，可以通过调用通道的register()方法完成。在注册时，需要指定要监控的事件类型，例如读取事件（SelectionKey.OP_READ）、写入事件（SelectionKey.OP_WRITE）等。

选择器的轮询

选择器通过调用select()方法进行轮询，检查注册在其上的通道是否发生了所关注的事件。该方法会阻塞，直到至少有一个通道准备就绪，或者超时时间到达。

SelectionKey

当一个通道注册到选择器上时，会返回一个SelectionKey对象，表示该通道与选择器之间的关联。SelectionKey对象包含了通道、选择器、事件类型和附加的对象等信息。

就绪集合（Ready Set）

在每次轮询之后，选择器会返回一个就绪集合（Ready Set），包含了已经准备就绪的通道的SelectionKey。可以通过访问就绪集合来获取已经就绪的通道，进而进行相应的读写操作。

选择器的关闭

在使用完选择器后，应该显式地调用选择器的close()方法来关闭选择器，释放相关的资源。

通过选择器，可以使用较少的线程处理多个通道的I/O操作，提高系统的性能和响应性。

非阻塞I/O（Non-blocking I/O）

Java NIO提供了非阻塞I/O操作方式，使得应用程序可以在等待数据准备好时继续执行其他任务，而不需要一直阻塞等待。非阻塞I/O操作通常与选择器一起使用。

缓冲区操作

Java NIO中的缓冲区提供了灵活的数据操作方式，例如读取和写入数据、查找数据、截取数据等。缓冲区支持直接缓冲区和非直接缓冲区两种类型。

文件操作

Java NIO中提供了一些用于文件操作的类，例如文件通道（FileChannel），可以实现文件的读取和写入操作。通过文件通道，可以高效地操作大文件和内存映射文件。

网络操作

Java NIO中的网络操作可以实现非阻塞的网络通信。通过SocketChannel和ServerSocketChannel，可以建立客户端和服务器之间的连接，并进行读取和写入操作。此外，还可以使用Selector来实现同时处理多个客户端连接。