一、Java NIO 简介
1、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、NIO 与 IO 的区别
二、NIO 重要知识点详细介绍
1、通道和缓冲区
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，Channel 负责传输，Buffer 负责存储
2、面向流和面向缓冲区解释
对上图说明一下：
我们需要把磁盘文件或者网络文件中的数据读取到程序中来，我们需要建立一个用于传输数据的管道，原来我们传输数据面对的直接就是管道里面一个个字节数据的流动（我们弄了一个 byte 数组，来回进行数据传递），所以说原来的 IO 它面对的就是管道里面的一个数据流动，所以我们说原来的 IO 是面向流的
我们说传统的 IO 还有一个特点就是，它是单向的。解释一下就是：如果说我们想把目标地点的数据读取到程序中来，我们需要建立一个管道，这个管道我们称为输入流。相应的，如果如果我们程序中有数据想要写到目标地点去，我们也得再建立一个管道，这个管道我们称为输出流。所以我们说传统的 IO 流是单向的
解释一下上图：
我们说只要是 IO ，那么就是为了完成数据传输的。
即便你用 NIO ，它也是为了数据传输，所以你要想完成数据传输，你也得建立一个用于传输数据的通道，这个通道你不能把它理解为之前的水流了，但是你可以把它理解为铁路，铁路本身是不能完成运输的，铁路要想完成运输它必须依赖火车，说白了这个通道就是为了连接目标地点和源地点。所以注意通道本身不能传输数据，要想传输数据必须要有缓冲区，这个缓冲区你就可以完全把它理解为火车，比如说你现在想把程序中的数据写到文件中，那么你就可以把数据都写到缓冲区，然后缓冲区通过通道进行传输，最后再把数据从缓冲区拿出来写到文件中，你想把文件中的数据传数到程序中，也是一个道理，把数据写到缓冲区，缓冲区通过通道进行传输，到程序中把数据拿出来。所以我们说原来的 IO 单向的现在的缓冲区是双向的，这种传输数据的方式也叫面向缓冲区。总结一下，就是通道只负责连接，缓冲区才负责存储数据。
3、缓冲区的数据存取
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。
1、缓冲区的类型
缓冲区（Buffer）：在 Java NIO 中负责数据的存取。缓冲区就是数组。用于存储不同类型的数据。根据数据类型的不同（boolean 除外），提供了相应类型的缓冲区：
ByteBuffer
CharBuffer
ShortBuffer
IntBuffer
LongBuffer
FloatBuffer
DoubleBuffer
上述缓冲区管理方式几乎一致，都是通过 allocate() 来获取缓冲区
2、缓冲区存取数据的两个核心方法
put():存入数据到缓冲区中
get():获取缓冲区中的数据
3、缓冲区中的四个核心属性
capacity: 容量，表示缓冲区中最大存储数据的容量。一旦声明不能更改。
limit: 界限，表示缓冲区中可以操作数据的大小。（limit 后的数据不能进行读写）
position: 位置，表示缓冲区中正在操作数据的位置。
mark: 标记，表示记录当前 position 的位置。可以通过 reset() 恢复到 mark 的位置。
注：
0 <= mark <= position <= limit <= capacity
具体代码案例：
public class TestBuffer {
public static void test1() { String str = "abcde";
//分配一个指定大小的缓冲区 ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024); System.out.println("---------allocate-----------"); System.out.println(byteBuffer.capacity()); //1024 System.out.println(byteBuffer.limit()); //1024 System.out.println(byteBuffer.position()); //0
//利用 put() 存入数据到缓冲区中 byteBuffer.put(str.getBytes()); System.out.println("---------put-----------"); System.out.println(byteBuffer.capacity()); //1024 System.out.println(byteBuffer.limit()); //1024 System.out.println(byteBuffer.position()); //5
//切换到读数据模式 byteBuffer.flip(); System.out.println("---------flip-----------"); System.out.println(byteBuffer.capacity()); //1024 System.out.println(byteBuffer.limit()); //5,limit 表示可以操作数据的大小,只有 5 个字节的数据给你读,所以可操作数据大小是 5 System.out.println(byteBuffer.position()); //0,读数据要从第 0 个位置开始读
//利用 get() 读取缓冲区中的数据 byte[] dst = new byte[byteBuffer.limit()]; byteBuffer.get(dst); System.out.println(new String(dst,0,dst.length)); System.out.println("---------get-----------"); System.out.println(byteBuffer.capacity()); //1024 System.out.println(byteBuffer.limit()); //5,可以读取数据的大小依然是 5 个 System.out.println(byteBuffer.position()); //5,读完之后位置变到了第 5 个
//rewind() 可重复读 byteBuffer.rewind(); //这个方法调用完后,又变成了读模式 System.out.println("---------rewind-----------"); System.out.println(byteBuffer.capacity()); //1024 System.out.println(byteBuffer.limit()); //5 System.out.println(byteBuffer.position()); //0
//clear() 清空缓冲区,虽然缓冲区被清空了，但是缓冲区中的数据依然存在，只是出于"被遗忘"状态。意思其实是，缓冲区中的界限、位置等信息都被置为最初的状态了，所以你无法再根据这些信息找到原来的数据了，原来数据就出于"被遗忘"状态 byteBuffer.clear(); System.out.println("---------clear-----------"); System.out.println(byteBuffer.capacity()); //1024 System.out.println(byteBuffer.limit()); //1024 System.out.println(byteBuffer.position()); //0 } public static void test2() { String str = "abcde"; ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024); byteBuffer.put(str.getBytes()); byteBuffer.flip(); byte[] bytearray = new byte[byteBuffer.limit()]; byteBuffer.get(bytearray,0,2); System.out.println(new String(bytearray,0,2)); //结果是 ab System.out.println(byteBuffer.position()); //结果是 2 //标记一下当前 position 的位置 byteBuffer.mark(); byteBuffer.get(bytearray,2,2); System.out.println(new String(bytearray,2,2)); System.out.println(byteBuffer.position()); //结果是 4 //reset() 恢复到 mark 的位置 byteBuffer.reset(); System.out.println(byteBuffer.position()); //结果是 2
//判断缓冲区中是否还有剩余数据 if (byteBuffer.hasRemaining()) { //获取缓冲区中可以操作的数量 System.out.println(byteBuffer.remaining()); //结果是 3,上面 position 是从 2 开始的 } }
public static void main(String[] args) {// test1(); test2();
}}
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4、直接缓冲区与非直接缓冲区
1）、非直接缓冲区
通过 allocate() 方法分配缓冲区，将缓冲区建立在 JVM 的内存之中。
对上图的解释：
应用程序和磁盘之间想要传输数据，是没有办法直接进行传输的。操作系统出于安全的考虑，会经过上图几个步骤。例如，我应用程序想从磁盘中读取一个数据，这时候我应用程序向操作系统发起一个读请求，那么首先磁盘中的数据会被读取到内核地址空间中，然后会把内核地址空间中的数据拷贝到用户地址空间中（其实就是 JVM 内存中），最后再把这个数据读取到应用程序中来。
同样，如果我应用程序有数据想要写到磁盘中去，那么它会首先把这个数据写入到用户地址空间中去，然后把数据拷贝到内核地址空间，最后再把这个数据写入到磁盘中去。
2）、直接缓冲区
通过 allocateDirect() 方法分配缓冲区，将缓冲区建立在物理内存之中。
对上图解释：
直接用物理内存作为缓冲区，读写数据直接通过物理内存进行。
代码案例：
public static void test3() { // 分配直接缓冲区 ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024); // 判断是直接缓冲区还是非直接缓冲区 System.out.println(byteBuffer.isDirect());}
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注：
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。
5、通道
1）、介绍
2）、主要实现类
java.nio.channels.Channel
FileChannel
SocketChannel
ServerSocketChannel
DatagramChannel
3）、获取通道
1、Java 针对支持通道的类提供了 getChannel() 方法
本地 IO：
FileInputStream/FileOutputStream
RandomAccessFile
网络 IO:
Socket
ServerSocket
DatagramSocket
以上几个类都可以通过调用 getChannel() 方法获取通道
2、在 JDK1.7 中的 NIO.2 针对各个通道提供了静态方法 open()
3、在 JDK1.7 中的 NIO.2 的 Files 工具类的 newByteChannel() 方法
6、通道数据传输和内存映射文件
1）、使用通道完成文件的复制（非直接缓冲区）
public static void test1() throws Exception { // 利用通道完成文件的复制(非直接缓冲区) FileInputStream fis = new FileInputStream("a.txt"); FileOutputStream fos = new FileOutputStream("b.txt"); // 获取通道 FileChannel fisChannel = fis.getChannel(); FileChannel foschannel = fos.getChannel();
// 通道没有办法传输数据，必须依赖缓冲区 // 分配指定大小的缓冲区 ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
// 将通道中的数据存入缓冲区中 while (fisChannel.read(byteBuffer) != -1) { // fisChannel 中的数据读到 byteBuffer 缓冲区中 byteBuffer.flip(); // 切换成读数据模式 // 将缓冲区中的数据写入通道 foschannel.write(byteBuffer); byteBuffer.clear(); // 清空缓冲区 } foschannel.close(); fisChannel.close(); fos.close(); fis.close(); }
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2）、使用直接缓冲区完成文件的复制（内存映射文件）
方式一：
public static void test2() throws Exception { // 使用直接缓冲区完成文件的复制(内存映射文件) /** * 使用 open 方法来获取通道 * 需要两个参数 * 参数1：Path 是 JDK1.7 以后给我们提供的一个类，代表文件路径 * 参数2：Option 就是针对这个文件想要做什么样的操作 * --StandardOpenOption.READ ：读模式 * --StandardOpenOption.WRITE ：写模式 * --StandardOpenOption.CREATE ：如果文件不存在就创建，存在就覆盖 */ FileChannel inChannel = FileChannel.open(Paths.get("a.txt"), StandardOpenOption.READ); FileChannel outChannel = FileChannel.open(Paths.get("c.txt"), StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.READ, StandardOpenOption.CREATE);
/** * 内存映射文件 * 这种方式缓冲区是直接建立在物理内存之上的 * 所以我们就不需要通道了 */ MappedByteBuffer inMapped = inChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, inChannel.size()); MappedByteBuffer outMapped = outChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, inChannel.size());
// 直接对缓冲区进行数据的读写操作 byte[] dst = new byte[inMapped.limit()]; inMapped.get(dst); // 把数据读取到 dst 这个字节数组中去 outMapped.put(dst); // 把字节数组中的数据写出去
inChannel.close(); outChannel.close();}
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方式二：
public static void test3() throws Exception { /** * 通道之间的数据传输（直接缓冲区的方式） * transferFrom * transferTo */ FileChannel inChannel = FileChannel.open(Paths.get("a.txt"), StandardOpenOption.READ); FileChannel outChannel = FileChannel.open(Paths.get("d.txt"), StandardOpenOption.READ, StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.CREATE); inChannel.transferTo(0, inChannel.size(), outChannel); // 或者可以使用下面这种方式 //outChannel.transferFrom(inChannel, 0, inChannel.size()); inChannel.close(); outChannel.close();}
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7、分散读取与聚集写入
分散（Scatter）和聚集（Gather）
代码案例：
public static void test4() throws Exception { RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile("a.txt", "rw"); // 获取通道 FileChannel channel = raf.getChannel(); // 分配指定大小缓冲区 ByteBuffer buf1 = ByteBuffer.allocate(2); ByteBuffer buf2 = ByteBuffer.allocate(1024); // 分散读取 ByteBuffer[] bufs = {buf1, buf2}; channel.read(bufs); // 参数需要一个数组 for (ByteBuffer byteBuffer : bufs) { byteBuffer.flip(); // 切换到读模式 } System.out.println(new String(bufs[0].array(), 0, bufs[0].limit())); // 打印 he System.out.println(new String(bufs[1].array(), 0, bufs[1].limit())); // 打印 llo
// 聚集写入 RandomAccessFile raf2 = new RandomAccessFile("e.txt","rw"); // 获取通道 FileChannel channel2 = raf2.getChannel(); channel2.write(bufs); // 把 bufs 里面的几个缓冲区聚集到 channel2 这个通道中，聚集到通道中，也就是到了 e.txt 文件中 channel2.close();}
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