Java NIO:NIO概述

Java NIO:NIO概述

  在上一篇博文中讲述了几种IO模型,现在我们开始进入Java NIO编程主题。NIO是Java 4里面提供的新的API,目的是用来解决传统IO的问题。本文下面分别从Java NIO的几个基础概念介绍起。

  以下是本文的目录大纲:

  一.NIO中的几个基础概念

  二.Channel

  三.Buffer

  四.Selector

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一.NIO中的几个基础概念

  在NIO中有几个比较关键的概念:Channel(通道),Buffer(缓冲区),Selector(选择器)。

  首先从Channel说起吧,通道,顾名思义,就是通向什么的道路,为某个提供了渠道。在传统IO中,我们要读取一个文件中的内容,通常是像下面这样读取的:

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public  class  Test {
     public  static  void  main(String[] args)  throws  IOException  {
         File file =  new  File( "data.txt" );
         InputStream inputStream =  new  FileInputStream(file);
         byte [] bytes =  new  byte [ 1024 ];
         inputStream.read(bytes);
         inputStream.close();
     }  
}

   这里的InputStream实际上就是为读取文件提供一个通道的。

  因此可以将NIO 中的Channel同传统IO中的Stream来类比,但是要注意,传统IO中,Stream是单向的,比如InputStream只能进行读取操作,OutputStream只能进行写操作。而Channel是双向的,既可用来进行读操作,又可用来进行写操作。

  Buffer(缓冲区),是NIO中非常重要的一个东西,在NIO中所有数据的读和写都离不开Buffer。比如上面的一段代码中,读取的数据时放在byte数组当中,而在NIO中,读取的数据只能放在Buffer中。同样地,写入数据也是先写入到Buffer中。

  下面介绍一下NIO中最核心的一个东西:Selector。可以说它是NIO中最关键的一个部分,Selector的作用就是用来轮询每个注册的Channel,一旦发现Channel有注册的事件发生,便获取事件然后进行处理。

  比如看下面的这个例子:

Java NIO:NIO概述_第1张图片

   

  用单线程处理一个Selector,然后通过Selector.select()方法来获取到达事件,在获取了到达事件之后,就可以逐个地对这些事件进行响应处理。

二.Channel

  在前面已经提到,Channel和传统IO中的Stream很相似。虽然很相似,但是有很大的区别,主要区别为:通道是双向的,通过一个Channel既可以进行读,也可以进行写;而Stream只能进行单向操作,通过一个Stream只能进行读或者写;

  以下是常用的几种通道:

  • FileChannel
  • SocketChanel
  • ServerSocketChannel
  • DatagramChannel

  通过使用FileChannel可以从文件读或者向文件写入数据;通过SocketChannel,以TCP来向网络连接的两端读写数据;通过ServerSocketChanel能够监听客户端发起的TCP连接,并为每个TCP连接创建一个新的SocketChannel来进行数据读写;通过DatagramChannel,以UDP协议来向网络连接的两端读写数据。

  下面给出通过FileChannel来向文件中写入数据的一个例子:

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public  class  Test {
     public  static  void  main(String[] args)  throws  IOException  {
         File file =  new  File( "data.txt" );
         FileOutputStream outputStream =  new  FileOutputStream(file);
         FileChannel channel = outputStream.getChannel();
         ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate( 1024 );
         String string =  "java nio" ;
         buffer.put(string.getBytes());
         buffer.flip();      //此处必须要调用buffer的flip方法
         channel.write(buffer);
         channel.close();
         outputStream.close();
     }  
}

   通过上面的程序会向工程目录下的data.txt文件写入字符串"java nio",注意在调用channel的write方法之前必须调用buffer的flip方法,否则无法正确写入内容,至于具体原因将在下篇博文中具体讲述Buffer的用法时阐述。

三.Buffer

  Buffer,故名思意,缓冲区,实际上是一个容器,是一个连续数组。Channel提供从文件、网络读取数据的渠道,但是读取或写入的数据都必须经由Buffer。具体看下面这张图就理解了:

Java NIO:NIO概述_第2张图片

  上面的图描述了从一个客户端向服务端发送数据,然后服务端接收数据的过程。客户端发送数据时,必须先将数据存入Buffer中,然后将Buffer中的内容写入通道。服务端这边接收数据必须通过Channel将数据读入到Buffer中,然后再从Buffer中取出数据来处理。

  在NIO中,Buffer是一个顶层父类,它是一个抽象类,常用的Buffer的子类有:

  • ByteBuffer
  • IntBuffer
  • CharBuffer
  • LongBuffer
  • DoubleBuffer
  • FloatBuffer
  • ShortBuffer

  如果是对于文件读写,上面几种Buffer都可能会用到。但是对于网络读写来说,用的最多的是ByteBuffer。

  关于Buffer的具体使用以及它的limit、posiion和capacity这几个属性的理解在下一篇文章中讲述。

四.Selector

  Selector类是NIO的核心类,Selector能够检测多个注册的通道上是否有事件发生,如果有事件发生,便获取事件然后针对每个事件进行相应的响应处理。这样一来,只是用一个单线程就可以管理多个通道,也就是管理多个连接。这样使得只有在连接真正有读写事件发生时,才会调用函数来进行读写,就大大地减少了系统开销,并且不必为每个连接都创建一个线程,不用去维护多个线程,并且避免了多线程之间的上下文切换导致的开销。

  与Selector有关的一个关键类是SelectionKey,一个SelectionKey表示一个到达的事件,这2个类构成了服务端处理业务的关键逻辑。

  关于Selector类的具体使用将在后续文章中阐述。

  参考资料:

  http://blog.csdn.net/wuxianglong/article/details/6604817

  http://www.360doc.com/content/12/0515/11/1542811_211144310.shtml

  http://www.iteye.com/topic/834447

  http://weixiaolu.iteye.com/blog/1479656

  http://ifeve.com/overview/

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