Java-NIO介绍
文章目录
- Java NIO介绍
-
- 什么是Java NIO
- Java NIO的组件
-
- 缓冲区（Buffer）
-
- 直接缓冲区（Direct Buffer）
- 堆缓冲区（Heap Buffer）
- 通道（Channel）
-
- 文件通道（FileChannel）
- 网络通道（SocketChannel和ServerSocketChannel）
- 选择器（Selector）
- Java NIO示例代码
- 总结
Java NIO介绍
什么是Java NIO
Java NIO（New IO）是Java提供的一种用于进行高效IO操作的API。NIO库允许开发人员使用非阻塞、事件驱动的方式进行IO操作，从而提高程序的性能和可扩展性。
相对于传统的Java IO（InputStream/OutputStream）来说，Java NIO引入了以下几个新的概念和组件：
- 通道（Channel）：数据源和目的地之间的连接，可以通过通道进行读写操作。
- 缓冲区（Buffer）：用于存储数据的容器，通过缓冲区进行数据的读写操作。
- 选择器（Selector）：用于多路复用IO操作的对象，通过选择器可以同时监听多个通道的事件。
好的，下面是Java NIO和传统IO在多个维度上的区别的表格表示：
| 维度 | Java NIO | 传统IO |
|---|---|---|
| 缓冲区 | 使用缓冲区管理数据，可以读取和写入缓冲区 | 直接读取或写入数据流，没有明确的缓冲区概念 |
| 阻塞模式 | 可以使用非阻塞模式处理IO操作 | 只支持阻塞IO模式 |
| 通道 | 通过通道进行IO操作，可以双向传输数据 | 使用输入流和输出流进行单向的读取和写入操作 |
| 多路复用 | 支持使用单个线程处理多个通道的IO操作 | 每个IO操作都需要一个独立的线程进行处理 |
| 文件锁 | 支持文件锁定功能，可以对文件进行独占或共享锁定 | 不支持文件锁功能 |
| 非阻塞IO | 支持非阻塞IO操作，可以在没有数据可读或可写时立即返回 | 不支持非阻塞IO操作，必须等待数据可读或可写时才能执行相应操作 |
使用表格总结了Java NIO和传统IO在缓冲区、阻塞模式、通道、多路复用、文件锁和非阻塞IO等方面的区别。
Java NIO的组件
缓冲区（Buffer）
在Java NIO中，缓冲区（Buffer）是用来存储数据的对象。缓冲区实际上是一块内存区域，可以在其中存放数据，并可以通过通道(Channel)进行读写操作。
直接缓冲区（Direct Buffer）
直接缓冲区是一种由物理内存直接支持的缓冲区，它提供了更高的性能，但也需要更多的系统资源。直接缓冲区可以通过调用ByteBuffer.allocateDirect()方法来创建。
ByteBuffer directBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024);
堆缓冲区（Heap Buffer）
堆缓冲区是一种在Java堆内存中创建的缓冲区，它是缓冲区的默认类型。堆缓冲区的创建可以通过调用ByteBuffer.allocate()方法来完成。
ByteBuffer heapBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
通道（Channel）
通道是用于进行数据的读写操作的对象。通道可以与缓冲区进行交互，从而实现数据的传输。在Java NIO中，主要有以下两种类型的通道：文件通道和网络通道。
文件通道（FileChannel）
文件通道用于对文件进行读写操作。可以通过在FileInputStream或FileOutputStream上调用getChannel()方法来获取文件通道。
FileInputStream fis = new FileInputStream("file.txt");
FileChannel fileChannel = fis.getChannel();
网络通道（SocketChannel和ServerSocketChannel）
网络通道用于进行网络数据的读写操作。在Java NIO中，有两种主要的网络通道：SocketChannel和ServerSocketChannel。SocketChannel用于客户端与服务器之间的通信，而ServerSocketChannel用于服务器端的监听和接收。
SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
选择器（Selector）
选择器是用于实现多路复用的对象，它可以同时监控多个通道的读写事件，并能够选择已经就绪的事件进行处理。通过调用Selector.open()方法可以创建一个选择器对象。
Selector selector = Selector.open();
| 组件 | 功能 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|
| Buffer | 用于存储数据的容器 | 高效的读写操作，可支持多种数据类型 | 需要手动管理容器的位置和限制 |
| Channel | 数据的输入输出通道 | 支持非阻塞IO操作，可同时处理多个连接，高效的数据传输 | 需要手动管理数据的传输和状态 |
| Selector | 多路复用器，用于监听Channel | 单线程可以同时监听多个Channel，减少线程开销 | 对于大量并发连接需要考虑性能问题 |
| Buffer | 文件与内存之间的映射 | 提供了内存映射文件的功能，可以快速读写大文件 | 映射过程中需要考虑内存消耗与性能问题 |
| Pipe | 管道，用于线程间的通信 | 可以实现线程间的数据传输，方便协调不同线程之间的工作 | 管道容量有限，不适用于大量数据的传输 |
以上是JavaNIO中的一些重要组件，从不同维度进行了简要的描述，每个组件都有其特点和适用场景。
Java NIO示例代码
下面是一个简单的Java NIO示例代码，演示了如何使用Java NIO进行文件的读取和写入：
import java.io.RandomAccessFile;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
public class NIOExample {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 创建RandomAccessFile对象并打开文件
RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("test.txt", "rw");
FileChannel channel = file.getChannel();
// 创建缓冲区，并读取文件内容到缓冲区
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
int bytesRead = channel.read(buffer);
while (bytesRead != -1) {
buffer.flip(); // 切换为读模式
while (buffer.hasRemaining()) {
System.out.print((char) buffer.get()); // 读取缓冲区中的数据
}
buffer.clear(); // 清空缓冲区
bytesRead = channel.read(buffer);
}
// 写入数据到文件
String newData = "New Data!";
buffer.clear();
buffer.put(newData.getBytes());
buffer.flip(); // 切换为写模式
while (buffer.hasRemaining()) {
channel.write(buffer); // 写入缓冲区中的数据到文件
}
// 关闭通道和文件
channel.close();
file.close();
}
}
在示例代码中，我们首先打开一个文件通道，然后创建一个缓冲区来读取文件内容。通过while循环不断读取缓冲区中的数据，并将其打印出来。接着，我们将新的数据写入缓冲区，并将其写入文件。最后，关闭通道和文件。
总结
Java NIO提供了一种高效、灵活的IO操作方式，相对于传统的Java IO来说，它更加适合处理大量的并发连接和高吞吐量的场景。通过使用通道、缓冲区和选择器等组件，开发人员可以更好地控制和管理IO操作。虽然Java NIO的学习曲线可能较陡峭，但一旦掌握了相关的概念和技巧，将能够更好地利用Java进行高效的IO编程。