NIO的基础总结

Java NIO(New IO)是一个可以替代标准Java IO API的IO API(从Java 1.4开始),Java NIO提供了与标准IO不同的IO工作方式。

Java NIO: Channels and Buffers(通道和缓冲区)
标准的IO基于字节流和字符流进行操作的,而NIO是基于通道(Channel)和缓冲区(Buffer)进行操作,数据总是从通道读取到缓冲区中,或者从缓冲区写入到通道中。

Java NIO: Non-blocking IO(非阻塞IO)
Java NIO可以让你非阻塞的使用IO,例如:当线程从通道读取数据到缓冲区时,线程还是可以进行其他事情。当数据被写入到缓冲区时,线程可以继续处理它。从缓冲区写入通道也类似。

Java NIO: Selectors(选择器)
Java NIO引入了选择器的概念,选择器用于监听多个通道的事件(比如:连接打开,数据到达)。因此,单个的线程可以监听多个数据通道。

Java NIO 由以下几个核心部分组成:

  • Channels
  • Buffers
  • Selectors

基本上,所有的 IO 在NIO 中都从一个Channel 开始。Channel 有点象流。 数据可以从Channel读到Buffer中,也可以从Buffer 写到Channel中。
Channel和Buffer的读写

Channel通道涵盖了UDP 和 TCP 网络IO,以及文件IO

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FileChannel
DatagramChannel
SocketChannel
ServerSocketChannel

Buffer实现,覆盖了能通过IO发送的基本数据类型:byte, short, int, long, float, doublechar

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ByteBuffer
CharBuffer
DoubleBuffer
FloatBuffer
IntBuffer
LongBuffer
ShortBuffer

Selector允许单线程处理多个 Channel。如果你的应用打开了多个连接(通道),但每个连接的流量都很低,使用Selector就会很方便。例如,在一个聊天服务器中。
单线程使用Selector处理多Channel

一、NIO的使用

1.Channel

FileChannel 从文件中读写数据。
DatagramChannel能通过UDP读写网络中的数据。
SocketChannel 能通过TCP读写网络中的数据。
ServerSocketChannel可以监听新进来的TCP连接,像Web服务器那样。对每一个新进来的连接都会创建一个SocketChannel

使用FileChannel读取数据到Buffer中的示例:

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RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("data/nio-data.txt", "rw");
FileChannel inChannel = aFile.getChannel();

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

int bytesRead = inChannel.read(buf);
while (bytesRead != -1) {

System.out.println("Read " + bytesRead);
buf.flip();

while(buf.hasRemaining()){
System.out.print((char) buf.get());
}

buf.clear();
bytesRead = inChannel.read(buf);
}
aFile.close();

2.Buffer的使用

使用Buffer一般遵循下面几个步骤:

  • 分配空间(ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024); 还有一种allocateDirector)
  • 写入数据到Buffer(int bytesRead = fileChannel.read(buf);)
  • 调用filp()方法( buf.flip();
  • 从Buffer中读取数据(System.out.print((char)buf.get());
  • 调用clear()方法或者compact()方法

Buffer顾名思义:缓冲区,实际上是一个容器,一个连续数组。Channel提供从文件、网络读取数据的渠道,但是读写的数据都必须经过Buffer。如下图:
channel和buffer的读写

向Buffer中写数据:

  • 从Channel写到Buffer (fileChannel.read(buf))
  • 通过Buffer的put()方法 (buf.put(…)

从Buffer中读取数据:

  • 从Buffer读取到Channel (channel.write(buf))
  • 使用get()方法从Buffer中读取数据 (buf.get()

可以把Buffer简单地理解为一组基本数据类型的元素列表,它通过几个变量来保存这个数据的当前位置状态:capacity, position, limit, mark

3.Selector

Selector的创建:

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Selector selector = Selector.open();

为了将Channel和Selector配合使用,必须将Channel注册到Selector上,通过SelectableChannel.register()方法来实现:

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ssc= ServerSocketChannel.open();
ssc.socket().bind(new InetSocketAddress(PORT));
ssc.configureBlocking(false);
ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

《Java NIO 系列教程》
《攻破JAVA NIO技术壁垒》