Java NIO主要需要理解緩衝區(qū)、通道、選擇器三個(gè)核心概念，作為Java I/O的補(bǔ)充， 以提升大量資料傳輸?shù)男省?

（推薦教學(xué)：java課程）

學(xué)習(xí)NIO之前最好能有基礎(chǔ)的網(wǎng)路程式設(shè)計(jì)知識

Java I/O串流

Java 網(wǎng)路程式設(shè)計(jì)

Java NIO：緩衝區(qū)

通道(Channel)作為NIO的三大核心概念之一(緩衝區(qū)、通道、選擇器)，用於在位元組緩衝區(qū)與位於通道另一側(cè)的實(shí)體（檔案或套接字）之間有效的傳輸資料（核心是傳輸資料）

NIO程式設(shè)計(jì)的一般模式是：將資料填入傳送字節(jié)緩衝區(qū)--> 透過通道傳送到通道對端檔案或套接字

通道基礎(chǔ)

使用Channel的目的是進(jìn)行資料傳輸，使用前需要打開通道、使用後需要關(guān)閉通道

打開通道

我們知道I/O有兩大類：File IO和Stream I/O，其對應(yīng)到通道也就有檔案通道（FileChannel）和套接字通道(SocketChannel、ServerSocketChannel、DatagramChannel)兩種

對於套接字通道，使用靜態(tài)工廠方法開啟

SocketChannel sc = SocketChannel.open();
ServerSocketChannel sc = ServerSocketChannel.open();
DatagramChannel sc = DatagramChannel.open();

對於檔案通道只能透過對一個(gè)RandomAccessFile、FileInputStream、FileOutputStream物件呼叫g(shù)etChannel()方法取得

FileInputStream in = new FileInputStream("/tmp/a.txt");
FileChannel fc = in.getChannel();

使用通道進(jìn)行資料傳輸

下段程式碼首先將要寫入的資料放到ByteBuffer中， 然後開啟檔案通道，把緩衝區(qū)中的資料放到檔案通道。

//準(zhǔn)備數(shù)據(jù)并放入字節(jié)緩沖區(qū)
ByteBuffer bf = ByteBuffer.allocate(1024);
bf.put("i am cool".getBytes());
bf.flip();
//打開文件通道
FileOutputStream out = new FileOutputStream("/tmp/a.txt");
FileChannel fc = out.getChannel();
//數(shù)據(jù)傳輸
fc.write(bf);
//關(guān)閉通道
fc.close();

關(guān)閉通道

如同Socket、FileInputStream等物件使用完畢之後需要關(guān)閉一樣， 通道使用之後也需要關(guān)閉。一個(gè)打開的通道代表與一個(gè)特定I/O服務(wù)的特定連接並封裝該連接的狀態(tài)，通道關(guān)閉時(shí)連接丟失，不再連接任何東西。

阻塞& 非阻塞模式

通道有阻塞和非阻塞兩種運(yùn)作模式，非阻塞模式的通道永遠(yuǎn)不會(huì)休眠，請求的操作要麼立即完成，要么返回一個(gè)結(jié)果表明未進(jìn)行任何操作（具體看Socket通道處的描述）。只有面向流的通道可使用非阻塞模式

文件通道

文件通道用於對文件進(jìn)行訪問， 透過對一個(gè)RandomAccessFile、FileInputStream、FileOutputStream物件呼叫g(shù)etChannel ()方法取得。呼叫g(shù)etChannel方法傳回一個(gè)連接到相同檔案的FileChannel對象，該FileChannel物件具有與file對象相同的存取權(quán)。

檔案存取

使用檔案通道的目的還是對檔案進(jìn)行讀寫操作，通道的讀寫api如下：

public abstract int read(ByteBuffer dst) throws IOException;
public abstract int write(ByteBuffer src) throws IOException;

下面是一段讀取檔案的Demo

//打開文件channel
RandomAccessFile f = new RandomAccessFile("/tmp/a.txt", "r");
FileChannel fc = f.getChannel();
//從channel中讀取數(shù)據(jù)，直到文件尾
ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocate(1024);
while (fc.read(bb) != -1) {
;
}
//翻轉(zhuǎn)（讀之前需要先進(jìn)行翻轉(zhuǎn)）
bb.flip();
StringBuilder builder = new StringBuilder();
//把每一個(gè)字節(jié)轉(zhuǎn)為字符（ascii編碼）
while (bb.hasRemaining()) {
builder.append((char) bb.get());
}
System.out.println(builder.toString());

上面這個(gè)demo有個(gè)問題：我們只能讀取字節(jié)， 然後由應(yīng)用程式去解碼，這個(gè)問題我們可以透過工具類Channels將通道包裝成Reader和Writer來解決；當(dāng)然我們也可以直接使用Java I/O流模式的Reader和Writer操作字符

#文件通道位置與文件空洞

文件通道位置(position)就是普通檔案的位置, position的值決定了檔案中哪個(gè)位置的資料接下來將被讀取或?qū)懭?/p>

#讀取超出檔案尾部位置的資料會(huì)回傳-1（檔案EOF）

往一個(gè)超出檔案尾部的位置寫入資料會(huì)造成檔案空洞：例如一個(gè)檔案現(xiàn)在有10個(gè)位元組， 但是此時(shí)往position=20 處寫入資料就會(huì)造成10～20之間的位置是沒有資料的，這就是檔案空洞

force操作

force操作強(qiáng)制通道將全部修改立即套用到磁碟檔案（防止系統(tǒng)宕機(jī)導(dǎo)致修改遺失）

public abstract void force(boolean metaData) throws IOException;

記憶體檔案對應(yīng)

FileChannel提供了一個(gè)map()方法，可以在一個(gè)開啟的檔案和特殊類型的ByteBuffer(MappedByteBuffer)之間建立一個(gè)虛擬記憶體映射。

因?yàn)閙ap方法傳回的MappedByteBuffer物件是直接緩衝區(qū)，所以透過MappedByteBuffer來操作檔案非常有效率（尤其是大量資料傳輸?shù)那闆r）

MappedByteBuffer的使用

透過MappedByteBuffer讀取檔案

FileInputStream in = new FileInputStream("/tmp/a.txt");
FileChannel fc = in.getChannel();
MappedByteBuffer mbb = fc.map(MapMode.READ_ONLY, 0, fc.size());
StringBuilder builder = new StringBuilder();
while (mbb.hasRemaining()) {
  builder.append((char) mbb.get());
}
System.out.println(builder.toString());

MappedByteBuffer的三種模式

READ_ONLY

#READ_WRITE

PRIVATE

只讀和讀寫模式都好理解，PRIVATE模式下寫操作寫的是一個(gè)暫存緩衝區(qū)，不會(huì)真正去寫檔案。 （寫時(shí)拷貝思想）

Socket通道

Socket 通道可以運(yùn)行在非阻塞模式且是可選擇的，這兩點(diǎn)使得對於網(wǎng)路程式設(shè)計(jì)我們不再需要為每個(gè)Socket連線建立一個(gè)線程，而是使用一個(gè)線程即可管理成百上千的Socket連線。

所有的Socket通道在實(shí)例化的時(shí)候都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)對象的Socket對象， Socket通道並不負(fù)責(zé)協(xié)議相關(guān)的操作， 協(xié)議相關(guān)的操作都委派給對等socket對象（如SocketChannel對象委派給Socket物件）

非阻塞模式

相較于傳統(tǒng)Java Socket的阻塞模式，SocketChannel提供了非阻塞模式，以構(gòu)建高性能的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序

非阻塞模式下，幾乎所有的操作都是立刻返回的。比如下面的SocketChannel運(yùn)行在非阻塞模式下，connect操作會(huì)立即返回，如果success為true代表連接已經(jīng)建立成功了， 如果success為false, 代表連接還在建立中（tcp連接需要一些時(shí)間）。

 //打開Socket通道
 SocketChannel ch = SocketChannel.open();
 //非阻塞模式
 ch.configureBlocking(false);
 //連接服務(wù)器 
 boolean success = ch.connect(InetSocketAddress.createUnresolved("127.0.0.1", 7001));
 //輪訓(xùn)連接狀態(tài)， 如果連接還未建立就可以做一些別的工作
 while (!ch.finishConnect()){
    //dosomething else
 }
 //連接建立， 做正事
 //do something;

ServerSocketChannel

ServerSocketChannel與ServerSocket類似，只是可以運(yùn)行在非阻塞模式下

下為一個(gè)通過ServerSocketChannel構(gòu)建服務(wù)器的簡單例子，主要體現(xiàn)了非阻塞模式，核心思想與ServerSocket類似

ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
ssc.configureBlocking(false);
ssc.bind(new InetSocketAddress(7001));
while (true){
  SocketChannel sc = ssc.accept();
  if(sc != null){
    handle(sc);
  }else {
    Thread.sleep(1000);
  }
}

SocketChannel 與 DatagramChannel

SocketChannel 對應(yīng) Socket， 模擬TCP協(xié)議；DatagramChannel對應(yīng)DatagramSocket, 模擬UDP協(xié)議

二者的使用與SeverSocketChannel大同小異，看API即可

工具類

文體通道那里我們提到過， 通過只能操作字節(jié)緩沖區(qū)， 編解碼需要應(yīng)用程序自己實(shí)現(xiàn)。如果我們想在通道上直接操作字符，我們就需要使用工具類Channels，工具類Channels提供了通道與流互相轉(zhuǎn)換、通道轉(zhuǎn)換為閱讀器書寫器的能力，具體API入下

//通道 --> 輸入輸出流
public static OutputStream newOutputStream(final WritableByteChannel ch);
public static InputStream newInputStream(final AsynchronousByteChannel ch);
//輸入輸出流 --> 通道
public static ReadableByteChannel newChannel(final InputStream in);
public static WritableByteChannel newChannel(final OutputStream out);
//通道  --> 閱讀器書寫器
public static Reader newReader(ReadableByteChannel ch, String csName);
public static Writer newWriter(WritableByteChannel ch, String csName);

通過將通道轉(zhuǎn)換為閱讀器、書寫器我們就可以直接在通道上操作字符。

    RandomAccessFile f = new RandomAccessFile("/tmp/a.txt", "r");
  FileChannel fc = f.getChannel();
  //通道轉(zhuǎn)換為閱讀器，UTF-8編碼
  Reader reader = Channels.newReader(fc, "UTF-8");
  int i = 0, s = 0;
  char[] buff = new char[1024];
  while ((i = reader.read(buff, s, 1024 - s)) != -1) {
    s += i;
  }
  for (i = 0; i < s; i++) {
    System.out.print(buff[i]);
  }

總結(jié)

通道主要分為文件通道和套接字通道。

對于文件操作：如果是大文件使用通道的文件內(nèi)存映射特性（MappedByteBuffer）來有利于提升傳輸性能， 否則我更傾向傳統(tǒng)的I/O流模式（字符API）；對于套接字操作， 使用通道可以運(yùn)行在非阻塞模式并且是可選擇的，利于構(gòu)建高性能網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。

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