Java基础笔记之NIO

1.  Java NIO概述

        Java中的输入流/输出流都是阻塞式的输入/输出，例如InputStream的read()方法从流中读取数据时，如果数据源中没有数据，它也会阻塞该线程。而且传统的输入流、输出流都是通过字节的移动来处理的，因此面向流的输入/输出系统一次只能处理一个字节，因此面向流的输入/输出系统效率不高。

        新IO和传统的IO有相同的目的，都是用于进行输入/输出，但新IO使用了不同的方式来处理输入/输出，新IO采用内存映射文件的方式来处理输入/输出，新IO将文件或文件的一段区域映射到内存中，这样就可以像访问内存一样来访问文件了(实际上这种方式模拟了操作系统上的虚拟内存的概念)通过这种方式来进行输入/输出比传统的输入/输出要快得多。

Java中与新IO相关的包如下。

java.nio包：主要包含各种与Buffer相关的类。

java.nio.channels包：主要包含与Channel和Selector相关的类。

java.nio.charset包：主要包含与字符集相关的类。

java.nio.channels.spi包：主要包含与Channel相关的服务提供者编程接口。

java.nio.charset.spi包：主要包含与字符集先关的服务提供者编程接口。

Channel和Buffer是新IO中两个核心对象。

Channel是对传统的输入/输出系统的模拟，在新IO系统中所有的数据都需要通过通道传输；Channel提供map()方法直接将一块数据映射到内存中，因此我们可以这样理解，传统的IO系统是面向流的处理，则新IO是面向块的处理。

Buffer是一个容器，本质上是一个数组，发送到Channel中的所有对象都必须首先放到Buffer中，而从Channel中读取的数据也必须先放到Buffer中。

2.  使用Buffer

Buffer是一个抽象类，其子类有ByteBuffer(最常用)、CharBuffer(常用)、ShortBuffer、IntBuffer、LongBuffer、FloatBuffer、DoubleBuffer。

Buffer的所有子类都没构造器，只能通过以下静态方法来获取实例对象：

static XxxBuffer allocate(int capacity)：创建一个容量为capacity的XxxBuffer对象。

Buffer中3个重要的概念：容量(capacity)、界限(limit)、位置(position)

容量(capacity)：缓冲区的容量表示该Buffer的最大数据容量，表示最多可以存储多少数据。不允许为负值，创建后不能修改。

界限(limit)：第一个不应该被读出的或者写入的缓冲区位置索引。位于limit后的数据既不可被读，也不可写。

位置(position)：用于指明下一个可以被读出的或者写入的缓冲区位置索引。

因此，position~limit中数据是可被读写的，而之外的位置是不允许读写的。

Buffer中两个重要的方法：

flip()：为从Buffer中取出数据做好准备，该方法将limit设置为position所在位置，并将position设为0，这就使得Buffer的读写指针又移动了开始位置。

clear()：为再次向Buffer中装入数据做好准备，该方法将position置为0，将limit置为capacity。

3.  使用Channel

Channel类与传统的流对象两个主要区别：

Channel可以直接将制定文件的部分或全部直接映射成Buffer。

程序不能直接访问Channel中的数据，包括读取、写入都不行，Channel只能与Buffer进行交互。也就是说，如果要从Channel中取得数据，必须先从Buffer中取出一些数据，然后让程序从Buffer中取出这些数据；如果要将程序中的数据写入Channel，一样先将程序中的数据写入Buffer，程序再将Buffer里的数据写入Channel中。

Channel提供了多种实现类：

FileChannel是用于处理文件的管道。

Pipe.SinkChannel、Pipe.SourceChannel是用于支持线程之间通信的管道Channel。

ServerSocketChannel、SocketChannel是用于支持TCP网络通信的Channel。

DatagramChannel是用于支持UDP网络通信的Channel。

获取Channel对象：

所有的Channel都不能通过构造器来创建实例对象，而是通过传统的节点InputStream、OutputStream的getChannel()方法来返回对应的Channel，不同的节点流对象的Channel对象都是不一样的。

Channel中三个重要的方法：

map()方法用于将Channel对应的部分或全部数据映射成ByteBuffer；

read()和write()的一系列重载的方法用于从Buffer中读取数据或向Buffer中写入数据。

map()方法的签名：MappedByteBuffer map(FileChannel.MapMode mode, long position, long size)

MappedByteBuffer为ByteBuffer的子类。

mode：执行映射时的模式，分别为只读、读写等模式。

position、size：用于控制将Channel的哪些数据映射成ByteBuffer。

4. 文件锁

        文件锁可以有效地阻止多个进程并发修改同一个文件，在Java NIO中提供FileLock来支持文件锁定功能。在FileChannel中提供lock()/tryLock()方法可以获得文件锁FileLock对象，从而锁定文件。下面是两个方法的区别：

        lock()方法试图锁定某个文件时，如果无法得到文件锁，程序将一直阻塞；

        而tryLock()方法是尝试锁定文件，它将直接返回而不是阻塞，如果获得了文件锁，该方法则返回该文件锁，否则返回NULL。

        如果FileChannel只想锁定文件的部分内容，而不是锁定全部内容，则可以使用如下的lock()/tryLock()重载方法。

                lock( long position, long size, boolean shared )：对文件从position开始，长度为size的内容加锁，该方法是阻塞的。

                tryLock( long position, long size, boolean shared )：非阻塞方法，功能与lock()方法一样。

        当shared为true时，表明该锁是一个共享锁，它将允许多个进程来读取文件，但不允许其他进程将其设为排他锁。当shared为false的时，表明这是一个排他锁。

        处理完成之后，调用FileLock的release()方法释放文件锁。