NIO

java.nio

1、Java NIO 简介

Java NIO（New IO）是从 Java 1.4 版本开始引入的
一个新的 IO API，可以替代标准的 Java IO API。
NIO 与原来的 IO 有同样的作用和目的，但是使用
的方式完全不同，NIO 支持面向缓冲区的、基于
通道的 IO 操作。NIO 将以更加高效的方式进行文
件的读写操作。

2、Java NIO 与 IO 的主要区别

IO | NIO
面向流(Stream Oriented) | 面向缓冲区(Buffer Oriented)
阻塞 IO(Blocking IO) | 非阻塞 IO(Non Blocking IO)
(无) | 选择器(Selectors)

3、缓冲区(Buffer)和通道(Channel)

Java NIO 系统的核心在于：通道(Channel)和缓冲区 (Buffer)。通道表示打开到 IO 设备(例如：文件、 套接字)的连接。若需要使用 NIO 系统，需要获取 用于连接 IO 设备的通道以及用于容纳数据的缓冲 区。然后操作缓冲区，对数据进行处理。

简而言之，Channel 负责传输， Buffer 负责存储

缓冲区

缓冲区（Buffer）：一个用于特定基本数据类 型的容器。由 java.nio 包定义的，所有缓冲区 都是 Buffer 抽象类的子类。
Java NIO 中的 Buffer 主要用于与 NIO 通道进行 交互，数据是从通道读入缓冲区，从缓冲区写 入通道中的 。
Buffer 就像一个数组，可以保存多个相同类型的数据。根 据数据类型不同(boolean 除外) ，有以下 Buffer 常用子类：
ByteBuffer
CharBuffer
ShortBuffer
IntBuffer
LongBuffer
FloatBuffer
DoubleBuffer
上述 Buffer 类 他们都采用相似的方法进行管理数据，只是各自 管理的数据类型不同而已。都是通过如下方法获取一个 Buffer 对象：
static XxxBuffer allocate(int capacity) : 创建一个容量为 capacity 的 XxxBuffer 对象

• 缓冲区的基本属性
  Buffer 中的重要概念：
  容量 (capacity) ：表示 Buffer 最大数据容量，缓冲区容量不能为负，并且创 建后不能更改。
  限制 (limit)：第一个不应该读取或写入的数据的索引，即位于 limit 后的数据 不可读写。缓冲区的限制不能为负，并且不能大于其容量。
  位置 (position)：下一个要读取或写入的数据的索引。缓冲区的位置不能为 负，并且不能大于其限制
  标记 (mark)与重置 (reset)：标记是一个索引，通过 Buffer 中的 mark() 方法 指定 Buffer 中一个特定的 position，之后可以通过调用 reset() 方法恢复到这 个 position.
  标记、位置、限制、容量遵守以下不变式： 0 <= mark <= position <= limit <= capacity
• Buffer 的常用方法
• 缓冲区的数据操作
  Buffer 所有子类提供了两个用于数据操作的方法：get() 与 put() 方法
  获取 Buffer 中的数据
  get() ：读取单个字节
  get(byte[] dst)：批量读取多个字节到 dst 中
  get(int index)：读取指定索引位置的字节(不会移动 position)
  放入数据到 Buffer 中
  put(byte b)：将给定单个字节写入缓冲区的当前位置
  put(byte[] src)：将 src 中的字节写入缓冲区的当前位置
  put(int index, byte b)：将指定字节写入缓冲区的索引位置(不会移动 position)
• 直接与非直接缓冲区
  字节缓冲区要么是直接的，要么是非直接的。如果为直接字节缓冲区，则 Java 虚拟机会尽最大努力直接在 此缓冲区上执行本机 I/O 操作。也就是说，在每次调用基础操作系统的一个本机 I/O 操作之前（或之后）， 虚拟机都会尽量避免将缓冲区的内容复制到中间缓冲区中（或从中间缓冲区中复制内容）。
  直接字节缓冲区可以通过调用此类的 allocateDirect() 工厂方法来创建。此方法返回的缓冲区进行分配和取消 分配所需成本通常高于非直接缓冲区。直接缓冲区的内容可以驻留在常规的垃圾回收堆之外，因此，它们对 应用程序的内存需求量造成的影响可能并不明显。所以，建议将直接缓冲区主要分配给那些易受基础系统的 本机 I/O 操作影响的大型、持久的缓冲区。一般情况下，最好仅在直接缓冲区能在程序性能方面带来明显好 处时分配它们。
  直接字节缓冲区还可以通过 FileChannel 的 map() 方法 将文件区域直接映射到内存中来创建。该方法返回 MappedByteBuffer 。Java 平台的实现有助于通过 JNI 从本机代码创建直接字节缓冲区。如果以上这些缓冲区 中的某个缓冲区实例指的是不可访问的内存区域，则试图访问该区域不会更改该缓冲区的内容，并且将会在 访问期间或稍后的某个时间导致抛出不确定的异常。
  字节缓冲区是直接缓冲区还是非直接缓冲区可通过调用其 isDirect() 方法来确定。提供此方法是为了能够在 性能关键型代码中执行显式缓冲区管理。
  • 非直接缓冲区
  • 直接缓冲区

通道

通道（Channel）：由 java.nio.channels 包定义 的。Channel 表示 IO 源与目标打开的连接。 Channel 类似于传统的“流”。只不过 Channel 本身不能直接访问数据，Channel 只能与 Buffer 进行交互。
Java 为 Channel 接口提供的最主要实现类如下：
FileChannel：用于读取、写入、映射和操作文件的通道。
DatagramChannel：通过 UDP 读写网络中的数据通道。
SocketChannel：通过 TCP 读写网络中的数据。
ServerSocketChannel：可以监听新进来的 TCP 连接，对每一个新进来 的连接都会创建一个 SocketChannel。

• 通道
• 通道
• 通道
• 获取通道
  获取通道的一种方式是对支持通道的对象调用 getChannel() 方法。支持通道的类如下：
  FileInputStream
  FileOutputStream
  RandomAccessFile
  DatagramSocket
  Socket
  ServerSocket
  获取通道的其他方式是使用 Files 类的静态方法 newByteChannel() 获 取字节通道。或者通过通道的静态方法 open() 打开并返回指定通道。
• 通道的数据传输
• 分散(Scatter)和聚集(Gather)
  • 分散读取（Scattering Reads）
    是指从 Channel 中读取的数据“分 散”到多个 Buffer 中。
    注意：按照缓冲区的顺序，从 Channel 中读取的数据依次将 Buffer 填满。
  • 聚集写入（Gathering Writes）
    是指将多个 Buffer 中的数据“聚集” 到 Channel。
    注意：按照缓冲区的顺序，写入 position 和 limit 之间的数据到 Channel 。
• transferFrom()
  将数据从源通道传输到其他 Channel 中：
• transferTo()
  将数据从源通道传输到其他 Channel 中：

4、文件通道(FileChannel)

FileChannel 的常用方法

5、NIO 的非阻塞式网络通信

传统的 IO 流都是阻塞式的。也就是说，当一个线程调用 read() 或 write() 时，该线程被阻塞，直到有一些数据被读取或写入，该线程在此期间不 能执行其他任务。因此，在完成网络通信进行 IO 操作时，由于线程会 阻塞，所以服务器端必须为每个客户端都提供一个独立的线程进行处理， 当服务器端需要处理大量客户端时，性能急剧下降。
Java NIO 是非阻塞模式的。当线程从某通道进行读写数据时，若没有数 据可用时，该线程可以进行其他任务。线程通常将非阻塞 IO 的空闲时 间用于在其他通道上执行 IO 操作，所以单独的线程可以管理多个输入 和输出通道。因此，NIO 可以让服务器端使用一个或有限几个线程来同 时处理连接到服务器端的所有客户端。

1、选择器(Selector)

选择器（Selector） 是 SelectableChannle 对象的多路复用器，Selector 可 以同时监控多个 SelectableChannel 的 IO 状况，也就是说，利用 Selector 可使一个单独的线程管理多个 Channel。Selector 是非阻塞 IO 的核心。

• 选择器（Selector）的应用
  • 子主题 1
  • 子主题 2
• SelectionKey
  • 子主题 1
  • 子主题 2
• Selector 的常用方法

2、SocketChannel、ServerSocketChannel、DatagramChannel

• SocketChannel
  Java NIO 中的 SocketChannel 是一个连接到 TCP 网 络套接字的通道。
  操作步骤：
  打开 SocketChannel
  读写数据
  关闭 SocketChannel
  Java NIO 中的 ServerSocketChannel 是一个可以 监听新进来的 TCP 连接的通道，就像标准 IO 中 的 ServerSocket 一样。
• DatagramChannel
  Java NIO 中的 DatagramChannel 是一个能收发 UDP 包的通道。
  操作步骤：
  打开 DatagramChannel
  接收/发送数据

6、管道(Pipe)

Java NIO 管道是 2 个线程之间的单向数据连接。 Pipe 有一个 source 通道和一个 sink 通道。数据会 被写到 sink 通道，从 source 通道读取。

向管道写数据

从管道读取数据

7、Java NIO2 (Path、Paths 与 Files )

随着 JDK 7 的发布，Java 对 NIO 进行了极大的扩 展，增强了对文件处理和文件系统特性的支持， 以至于我们称他们为 NIO.2。因为 NIO 提供的 一些功能，NIO 已经成为文件处理中越来越重 要的部分。

Path 与 Paths

java.nio.file.Path 接口代表一个平台无关的平台路径，描述了目 录结构中文件的位置。

Files 类

java.nio.file.Files 用于操作文件或目录的工具类。

自动资源管理

Java 7 增加了一个新特性，该特性提供了另外 一种管理资源的方式，这种方式能自动关闭文 件。这个特性有时被称为自动资源管理 (Automatic Resource Management, ARM)， 该特 性以 try 语句的扩展版为基础。自动资源管理 主要用于，当不再需要文件（或其他资源）时， 可以防止无意中忘记释放它们。