Java NIO

Java NIO（New IO）是从JDK 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。

一、IO与NIO的区别

IO	NIO
面向流(Stream Oriented)	面向缓冲区(Buffer Oriented)
阻塞IO(Blocking IO)	非阻塞IO(NonBlocking IO)
	选择(Seletors)

1、面向流和缓冲流

IO

传统IO在传输数据时，根据输入输出的不同需要分别建立不同的链接，而且传输的数据是以流的形式在链接上进行传输的。

就像自来水要通过水管将自来水厂和家连接起来一样。

NIO

NIO在传输数据时，会在输入输出端之间建立通道，然后将数据放入到缓冲区中。缓冲区通过通道来传输数据。

通道就像是铁路，能够连通两个地点。缓冲区就像是火车，能够进行有效的数据传输

二、通道与缓冲区

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，通道负责传输，缓冲区负责存储

三、缓冲区（Buffer）

1、缓冲区类型

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

各种类型的缓冲区中，都有一个对应类型的数组，如

ByteBuffer

final byte[] hb;                  // Non-null only for heap buffers

IntBuffer

final int[] hb;                  // Non-null only for heap buffers

他们的继承关系如下

2、获取缓冲区

通过allocate()方法可以获取一个对应缓冲区的对象，它是缓冲区类的一个静态方法

例

// 获取一个容量大小为1024字节的字节缓冲区
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);

3、核心属性

缓冲区的父类Buffer中有几个核心属性，如下

// Invariants: mark <= position <= limit <= capacity
private int mark = -1;
private int position = 0;
private int limit;
private int capacity;

• capacity：缓冲区的容量。通过构造函数赋予，一旦设置，无法更改
• limit：缓冲区的界限。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
• position：下一个读写位置的索引（类似PC）。缓冲区的位置不能为负，并且不能大于limit
• mark：记录当前position的值。position被改变后，可以通过调用reset() 方法恢复到mark的位置。

以上四个属性必须满足以下要求

mark <= position <= limit <= capacity

4、核心方法

put()方法

• put()方法可以将一个数据放入到缓冲区中。
• 进行该操作后，postition的值会+1，指向下一个可以放入的位置。capacity = limit为缓冲区容量的值。

flip()方法

• flip()方法会切换对缓冲区的操作模式，由写 → 读切换为读 → 写
• 进行该操作后
  • 如果是写模式→读模式，position = 0 ， limit 指向最后一个元素的下一个位置，capacity不变
  • 如果是读 → 写，则恢复为put()方法中的值

get()方法

• get()方法会读取缓冲区中的一个值
• 进行该操作后，position会 +1，如果超过了limit则会抛出异常

rewind()方法

• 该方法只能在读模式下使用
• rewind()方法后，会恢复position、limit和capacity的值，变为进行get()前的值

clean()方法

• clean()方法会将缓冲区中的各个属性恢复为最初的状态，position = 0, capacity = limit
• 此时缓冲区的数据依然存在，处于“被遗忘”状态，下次进行写操作时会覆盖这些数据

mark()和reset()方法

• mark()方法会将postion的值保存到mark属性中
• reset()方法会将position的值改为mark中保存的值

使用展示

public class Demo1 {
	public static void main(String[] args) {
		ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);

		System.out.println("放入前参数");
		System.out.println("position " + byteBuffer.position());
		System.out.println("limit " + byteBuffer.limit());
		System.out.println("capacity " + byteBuffer.capacity());
		System.out.println();

		System.out.println("------put()------");
		System.out.println("放入3个数据");
		byte bt = 1;
		byteBuffer.put(bt);
		byteBuffer.put(bt);
		byteBuffer.put(bt);

		System.out.println("放入后参数");
		System.out.println("position " + byteBuffer.position());
		System.out.println("limit " + byteBuffer.limit());
		System.out.println("capacity " + byteBuffer.capacity());
		System.out.println();

		System.out.println("------flip()-get()------");
		System.out.println("读取一个数据");
		// 切换模式
		byteBuffer.flip();
		byteBuffer.get();

		System.out.println("读取后参数");
		System.out.println("position " + byteBuffer.position());
		System.out.println("limit " + byteBuffer.limit());
		System.out.println("capacity " + byteBuffer.capacity());
		System.out.println();

		System.out.println("------rewind()------");
		byteBuffer.rewind();
		System.out.println("恢复后参数");
		System.out.println("position " + byteBuffer.position());
		System.out.println("limit " + byteBuffer.limit());
		System.out.println("capacity " + byteBuffer.capacity());
		System.out.println();

		System.out.println("------clear()------");
		// 清空缓冲区，这里只是恢复了各个属性的值，但是缓冲区里的数据依然存在
		// 但是下次写入的时候会覆盖缓冲区中之前的数据
		byteBuffer.clear();
		System.out.println("清空后参数");
		System.out.println("position " + byteBuffer.position());
		System.out.println("limit " + byteBuffer.limit());
		System.out.println("capacity " + byteBuffer.capacity());
		System.out.println();
		System.out.println("清空后获得数据");
		System.out.println(byteBuffer.get());
	}
}

打印结果

放入前参数
position 0
limit 1024
capacity 1024

------put()------
放入3个数据
放入后参数
position 3
limit 1024
capacity 1024

------flip()-get()------
读取一个数据
读取后参数
position 1
limit 3
capacity 1024

------rewind()------
恢复后参数
position 0
limit 3
capacity 1024

------clear()------
清空后参数
position 0
limit 1024
capacity 1024

清空后获得数据
1

5、非直接缓冲区和直接缓冲区

非直接缓冲区

通过allocate()方法获取的缓冲区都是非直接缓冲区。这些缓冲区是建立在JVM堆内存之中的。

public static ByteBuffer allocate(int capacity) {
    if (capacity < 0)
    throw new IllegalArgumentException();

    // 在堆内存中开辟空间
    return new HeapByteBuffer(capacity, capacity);
}

HeapByteBuffer(int cap, int lim) {        // package-private
    // new byte[cap] 创建数组，在堆内存中开辟空间
    super(-1, 0, lim, cap, new byte[cap], 0);
    /*
    hb = new byte[cap];
    offset = 0;
    */
}