Java之NIO基本簡介

更新時(shí)間：2023年05月30日 16:56:18 作者：愛上口袋的天空

這篇文章主要介紹了Java之NIO基本簡介,文中給大家講到了NIO?與?BIO的比較結(jié)合實(shí)例代碼給大家介紹的非常詳細(xì)，需要的朋友可以參考下

一、NIO基本簡介

NIO (New lO)也有人稱之為java non-blocking lO是從Java 1.4版本開始引入的一個(gè)新的IO API，可以替代標(biāo)準(zhǔn)的Java lO API。NIO與原來的IO有同樣的作用和目的，但是使用的方式完全不同，NIO支持面向緩沖區(qū)的、基于通道的IO操作。NIO將以更加高效的方式進(jìn)行文件的讀寫操作。NIO可以理解為非阻塞IO,傳統(tǒng)的IO的read和write只能阻塞執(zhí)行，線程在讀寫IO期間不能干其他事情，比如調(diào)用socket.read()時(shí)，如果服務(wù)器一直沒有數(shù)據(jù)傳輸過來，線程就一直阻塞，而NIO中可以配置socket為非阻塞模式。
NIO相關(guān)類都被放在java.nio包及子包下，并且對原java.io包中的很多類進(jìn)行改寫。NIO有三大核心部分:Channel(通道)，Buffer(緩沖區(qū)), Selector(選擇器)Java NlO的非阻塞模式，使一個(gè)線程從某通道發(fā)送請求或者讀取數(shù)據(jù)，但是它僅能得到目前可用的數(shù)據(jù)，如果目前沒有數(shù)據(jù)可用時(shí)，就什么都不會獲取，而不是保持線程阻塞，所以直至數(shù)據(jù)變的可以讀取之前，該線程可以繼續(xù)做其他的事情。非阻塞寫也是如此，一個(gè)線程請求寫入一些數(shù)據(jù)到某通道，但不需要等待它完全寫入，這個(gè)線程同時(shí)可以去做別的事情。通俗理解:NIO是可以做到用一個(gè)線程來處理多個(gè)操作的。假設(shè)有1000個(gè)請求過來,根據(jù)實(shí)際情況，可以分配20或者80個(gè)線程來處理。不像之前的阻塞IO那樣，非得分配1000個(gè)。

二、NIO 與 BIO的比較

NIO可以先將數(shù)據(jù)寫入到緩沖區(qū)，然后再有緩沖區(qū)寫入通道，因此可以做到同步非阻塞。

BIO則是面向的流，讀寫數(shù)據(jù)都是單向的。因此是同步阻塞。

三、NIO 三大核心原理示意圖

NIO有三大核心部分: Channel(通道)，Buffer(緩沖區(qū))，Selector(選擇器)

Buffer(緩沖區(qū))

        緩沖區(qū)本質(zhì)上是一塊可以寫入數(shù)據(jù)，然后可以從中讀取數(shù)據(jù)的內(nèi)存。這塊內(nèi)存被包裝成NIO Buffer對象，并提供了一組方法，用來方便的訪問該塊內(nèi)存。相比較直接對數(shù)組的操作，Buffer APl更加容易操作和管理。

Channel(通道)

        Java NIO的通道類似流，但又有些不同:既可以從通道中讀取數(shù)據(jù)，又可以寫數(shù)據(jù)到通道。但流的(input或output)讀寫通常是單向的。通道可以非阻塞讀取和寫入通道，通道可以支持讀取或?qū)懭刖彌_區(qū)，也支持異步地讀寫。

Selector(選擇器)

        Selector是一個(gè)ava NIO組件，可以能夠檢查一個(gè)或多個(gè)NIO通道，并確定哪些通道已經(jīng)準(zhǔn)備好進(jìn)行讀取或?qū)懭?。這樣，一個(gè)單獨(dú)的線程可以管理多個(gè)channel，從而管理多個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接，提高效率

每個(gè)channel都會對應(yīng)一個(gè) Buffer
一個(gè)線程對應(yīng)Selector ,一個(gè)Selector對應(yīng)多個(gè)channel(連接)程序
切換到哪個(gè)channel是由事件決定的
Selector 會根據(jù)不同的事件，在各個(gè)通道上切換
Buffer 就是一個(gè)內(nèi)存塊，底層是一個(gè)數(shù)組
數(shù)據(jù)的讀取寫入是通過 Buffer完成的，BlO中要么是輸入流，或者是輸出流,不能雙向，但是NIO的Buffer是可以讀也可以寫。
Java NIO系統(tǒng)的核心在于:通道(Channel)和緩沖區(qū)(Buffer)。通道表示打開到lO設(shè)備(例如:文件、套接字)的連接。若需要使用NIO系統(tǒng)，需要獲取用于連接IO設(shè)備的通道以及用于容納數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)。然后操作緩沖區(qū)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。簡而言之，Channel負(fù)責(zé)傳輸，Buffer負(fù)責(zé)存取數(shù)據(jù)

四、NIO核心一:緩存區(qū) (Buffer)

緩沖區(qū)（Buffer）一個(gè)用于特定基本數(shù)據(jù)類型的容器。由 java.nio 包定義的，所有緩沖區(qū) 都是 Buffer 抽象類的子類.。Java NIO 中的 Buffer 主要用于與 NIO 通道進(jìn)行交互，數(shù)據(jù)是從通道讀入緩沖區(qū)，從緩沖區(qū)寫入通道中的

Buffer 類及其子類：

Buffer就像一個(gè)數(shù)組，可以保存多個(gè)相同類型的數(shù)據(jù)。根據(jù) 數(shù)據(jù)類型不同，有以下 Buffer 常用子類：

ByteBuffer
CharBuffer
ShortBuffer
IntBuffer
LongBuffer
FloatBuffer
DoubleBuffer

上述 Buffer 類他們都采用相似的方法進(jìn)行管理數(shù)據(jù)，只是各自管理的數(shù)據(jù)類型不同而已。都是通過如下方法獲取一個(gè) Buffer 對象：

static XxxBuffer allocate(int capacity) : 創(chuàng)建一個(gè)容量為capacity 的 XxxBuffer 對象

緩沖區(qū)的基本屬性 Buffer 中的重要概念：

容量 (capacity) ：作為一個(gè)內(nèi)存塊，Buffer具有一定的固定大小，也稱為"容量"，緩沖區(qū)容量不能為負(fù)，并且創(chuàng)建后不能更改。

限制 (limit)：表示緩沖區(qū)中可以操作數(shù)據(jù)的大小（limit 后數(shù)據(jù)不能進(jìn)行讀寫）。緩沖區(qū)的限制不能為負(fù)，并且不能大于其容量。寫入模式，限制等于 buffer的容量。讀取模式下，limit等于寫入的數(shù)據(jù)量。

位置 (position)：下一個(gè)要讀取或?qū)懭氲臄?shù)據(jù)的索引。緩沖區(qū)的位置不能為負(fù)，并且不能大于其限制

標(biāo)記 (mark)與重置 (reset)：標(biāo)記是一個(gè)索引，通過 Buffer 中的 mark() 方法指定 Buffer 中一個(gè) 特定的 position，之后可以通過調(diào)用 reset() 方法恢復(fù)到這個(gè) position.

標(biāo)記、位置、限制、容量遵守以下不變式： 0 <= mark <= position <= limit <= capacity

Buffer常見方法：

Buffer clear() ：清空緩沖區(qū)并返回對緩沖區(qū)的引用
Buffer flip() ：為將緩沖區(qū)的界限設(shè)置為當(dāng)前位置，并將當(dāng)前位置重置為 0
int capacity() ：返回 Buffer 的 capacity 大小
boolean hasRemaining()： 判斷緩沖區(qū)中是否還有元素
int limit() ：返回 Buffer 的界限(limit) 的位置
Buffer limit(int n) 將設(shè)置緩沖區(qū)界限為 n, 并返回一個(gè)具有新 limit 的緩沖區(qū)對象
Buffer mark()： 對緩沖區(qū)設(shè)置標(biāo)記
int position() ：返回緩沖區(qū)的當(dāng)前位置 position
Buffer position(int n) ：將設(shè)置緩沖區(qū)的當(dāng)前位置為 n，并返回修改后的 Buffer 對象
int remaining() ：返回 position 和 limit 之間的元素個(gè)數(shù)
Buffer reset() ：將位置 position 轉(zhuǎn)到以前設(shè)置的mark 所在的位置
Buffer rewind() ：將位置設(shè)為為 0，取消設(shè)置的 mark

緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)操作 Buffer 所有子類提供了兩個(gè)用于數(shù)據(jù)操作的方法：

get() ：讀取單個(gè)字節(jié)
get(byte[] dst)：批量讀取多個(gè)字節(jié)到 dst 中
get(int index)：讀取指定索引位置的字節(jié)(不會移動 position)放到入數(shù)據(jù)到Buffer中
put(byte b)：將給定單個(gè)字節(jié)寫入緩沖區(qū)的當(dāng)前位置
put(byte[] src)：將 src 中的字節(jié)寫入緩沖區(qū)的當(dāng)前位置
put(int index, byte b)：將指定字節(jié)寫入緩沖區(qū)的索引位置(不會移動 position)

使用Buffer讀寫數(shù)據(jù)一般遵循以下四個(gè)步驟：

寫入數(shù)據(jù)到Buffer
調(diào)用flip()方法，轉(zhuǎn)換為讀取模式
從Buffer中讀取數(shù)據(jù)
調(diào)用buffer.clear()方法或者buffer.compact()方法清除緩沖區(qū)

package com.kgf.kgfjavalearning2021.io.nio;
import org.junit.Test;
import java.nio.ByteBuffer;
/***
 * Buffer測試類
 */
public class TestBuffer {
   @Test
   public void test1(){
      //1. 分配一個(gè)指定大小的緩沖區(qū)
      ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
      System.out.println("-----------------allocate()----------------");
      System.out.println(buf.position());// 0: 表示當(dāng)前的位置為0
      System.out.println(buf.limit());// 1024: 表示界限為1024，前1024個(gè)位置是允許我們讀寫的
      System.out.println(buf.capacity());//1024：表示容量大小為1024
      //2. 利用 put() 存入數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)中
      System.out.println("-----------------put()----------------");
      String str = "itheima";
      buf.put(str.getBytes());
      System.out.println(buf.position());// 7表示下一個(gè)可以寫入的位置是7,因?yàn)槲覀儗懭氲淖止?jié)是7個(gè),從0開始已經(jīng)寫了7個(gè)，位置為8的position為7
      System.out.println(buf.limit());// 1024：表示界限為1024，前1024個(gè)位置是允許我們讀寫的
      System.out.println(buf.capacity());//1024：表示容量大小為1024
      //3. 切換讀取數(shù)據(jù)模式
      System.out.println("-----------------flip()----------------");
      buf.flip();
      System.out.println(buf.position());// 0: 讀取的起始位置為0
      System.out.println(buf.limit());// 7: 表示界限為7，前7個(gè)位置有數(shù)據(jù)可以讀取
      System.out.println(buf.capacity());// 1024:表示容量大小為1024
      //4. 利用 get() 讀取緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)
      System.out.println("-----------------get()----------------");
      byte[] dst = new byte[buf.limit()];//創(chuàng)建一個(gè)界限為limit大小的字節(jié)數(shù)組
      buf.get(dst);//批量將limit大小的字節(jié)寫入到dst字節(jié)數(shù)組中
      System.out.println(new String(dst, 0, dst.length));//結(jié)果為itheima
      System.out.println(buf.position());//7: 讀取的位置變?yōu)?,因?yàn)榍懊娴?個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)已經(jīng)全部讀取出去,下一個(gè)可讀取的位置為7，從0開始的
      System.out.println(buf.limit());//7: 可讀取的界限大小為7
      System.out.println(buf.capacity());// 1024: 表示容量大小為1024
      //5. rewind() : 可重復(fù)讀
      System.out.println("-----------------rewind()----------------");
      buf.rewind();// 將位置設(shè)為為 0,從頭開始讀取
      System.out.println(buf.position());// 0
      System.out.println(buf.limit());// 7
      System.out.println(buf.capacity());// 1024
      //6. clear() : 清空緩沖區(qū). 但是緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)依然存在，但是處于“被遺忘”狀態(tài)
      System.out.println("-----------------clear()----------------");
      buf.clear();
      System.out.println(buf.position());// 0
      System.out.println(buf.limit());// 1024
      System.out.println(buf.capacity());// 1024
      System.out.println((char)buf.get());//i
   }
   @Test
   public void test2(){
      String str = "itheima";
      ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
      buf.put(str.getBytes());// 將str寫入到buf緩沖區(qū)中
      buf.flip();//轉(zhuǎn)換為讀模式
      byte[] dst = new byte[buf.limit()];//定義一個(gè)字節(jié)數(shù)組
      buf.get(dst, 0, 2);//將前2個(gè)字節(jié)批量寫入到dst字節(jié)數(shù)組中
      System.out.println(new String(dst, 0, 2));//打印結(jié)果為it
      System.out.println(buf.position());//當(dāng)前下一個(gè)讀取的位置為2
      //mark() : 標(biāo)記
      buf.mark();
      buf.get(dst, 2, 2);//從第3個(gè)位置開始將2個(gè)字節(jié)批量寫入到dst字節(jié)數(shù)組中
      System.out.println(new String(dst, 2, 2));//打印結(jié)果為he
      System.out.println(buf.position());// 當(dāng)前下一個(gè)讀取的位置為4
      //reset() : 恢復(fù)到 mark 的位置
      buf.reset();
      System.out.println(buf.position());// 2
      //判斷緩沖區(qū)中是否還有剩余數(shù)據(jù)
      if(buf.hasRemaining()){
         //獲取緩沖區(qū)中可以操作的數(shù)量
         System.out.println(buf.remaining());// 5: 返回 position 和 limit 之間的元素個(gè)數(shù)
      }
   }
   @Test
   public void test3(){
      //分配直接緩沖區(qū)
      ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocateDirect(1024);
      System.out.println(buf.isDirect());
   }
}

直接與非直接緩沖區(qū)：

byte byffer可以是兩種類型，一種是基于直接內(nèi)存（也就是非堆內(nèi)存）；另一種是非直接內(nèi)存（也就是堆內(nèi)存）。對于直接內(nèi)存來說，JVM將會在IO操作上具有更高的性能，因?yàn)樗?br />直接作用于本地系統(tǒng)的IO操作。而非直接內(nèi)存，也就是堆內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，如果要作IO操作，會先從本進(jìn)程內(nèi)存復(fù)制到直接內(nèi)存，再利用本地IO處理。

從數(shù)據(jù)流的角度，非直接內(nèi)存是下面這樣的作用鏈：

本地IO-->直接內(nèi)存-->非直接內(nèi)存-->直接內(nèi)存-->本地IO

而直接內(nèi)存是：

本地IO-->直接內(nèi)存-->本地IO

很明顯，在做IO處理時(shí)，比如網(wǎng)絡(luò)發(fā)送大量數(shù)據(jù)時(shí)，直接內(nèi)存會具有更高的效率。直接內(nèi)存使用allocateDirect創(chuàng)建，但是它比申請普通的堆內(nèi)存需要耗費(fèi)更高的性能。不過，這部分的數(shù)據(jù)是在JVM之外的，因此它不會占用應(yīng)用的內(nèi)存。所以呢，當(dāng)你有很大的數(shù)據(jù)要緩存，并且它的生命周期又很長，那么就比較適合使用直接內(nèi)存。只是一般來說，如果不是能帶來很明顯的性能提升，還是推薦直接使用堆內(nèi)存。字節(jié)緩沖區(qū)是直接緩沖區(qū)還是非直接緩沖區(qū)可通過調(diào)用其 isDirect() 方法來確定。

使用場景

有很大的數(shù)據(jù)需要存儲，它的生命周期又很長
適合頻繁的IO操作，比如網(wǎng)絡(luò)并發(fā)場景

五、NIO核心二：通道(Channel)

1、通道Channe概述
通道可以同時(shí)進(jìn)行讀寫，而流只能讀或者只能寫
通道可以實(shí)現(xiàn)異步讀寫數(shù)據(jù)
通道可以從緩沖讀數(shù)據(jù)，也可以寫數(shù)據(jù)到緩沖:
2、NIO 的通道類似于流，但有些區(qū)別如下：
通道可以同時(shí)進(jìn)行讀寫，而流只能讀或者只能寫

通道可以實(shí)現(xiàn)異步讀寫數(shù)據(jù)

通道可以從緩沖讀數(shù)據(jù)，也可以寫數(shù)據(jù)到緩沖:
3、BIO 中的 stream 是單向的，例如 FileInputStream 對象只能進(jìn)行讀取數(shù)據(jù)的操作，而 NIO 中的通道(Channel)是雙向的，可以讀操作，也可以寫操作。

public interface Channel extends Closeable{}

5、常用的Channel實(shí)現(xiàn)類

FileChannel：用于讀取、寫入、映射和操作文件的通道。
DatagramChannel：通過 UDP 讀寫網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)通道。
SocketChannel：通過 TCP 讀寫網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)。
ServerSocketChannel：可以監(jiān)聽新進(jìn)來的 TCP 連接，對每一個(gè)新進(jìn)來的連接都會創(chuàng)建一個(gè) SocketChannel。【ServerSocketChanne 類似 ServerSocket , SocketChannel 類似 Socket】

6、FileChannel 類
獲取通道的一種方式是對支持通道的對象調(diào)用getChannel() 方法。支持通道的類如下

FileInputStream
FileOutputStream
RandomAccessFile
DatagramSocket
Socket
ServerSocket
獲取通道的其他方式是使用 Files 類的靜態(tài)方法 newByteChannel() 獲取字節(jié)通道。或者通過通道的靜態(tài)方法 open() 打開并返回指定通道

7、FileChannel常用方法

int read(ByteBuffer dst) ：從Channel 到中讀取數(shù)據(jù)到 ByteBuffer
long read(ByteBuffer[] dsts) ： 將Channel中的數(shù)據(jù)“分散”到 ByteBuffer[]
int write(ByteBuffer src) ：將 ByteBuffer中的數(shù)據(jù)寫入到 Channel
long write(ByteBuffer[] srcs) ：將 ByteBuffer[] 到中的數(shù)據(jù)“聚集”到 Channel
long position() ：返回此通道的文件位置
FileChannel position(long p) ：設(shè)置此通道的文件位置
long size() ：返回此通道的文件的當(dāng)前大小
FileChannel truncate(long s) ：將此通道的文件截取為給定大小
void force(boolean metaData) ：強(qiáng)制將所有對此通道的文件更新寫入到存儲設(shè)備中

8、案例1-本地文件寫數(shù)據(jù)

package com.kgf.kgfjavalearning2021.io.nio;
import org.junit.Test;
import java.io.FileOutputStream;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
/***
 * 需求：使用前面學(xué)習(xí)后的 ByteBuffer(緩沖)和 FileChannel(通道)， 將數(shù)據(jù)寫入到 data.txt 中.
 */
public class ChannelTest {
    @Test
    public void write(){
        try {
            // 1、字節(jié)輸出流通向目標(biāo)文件
            FileOutputStream fos = new FileOutputStream("E:\\test\\data01.txt");
            // 2、得到字節(jié)輸出流對應(yīng)的通道Channel
            FileChannel channel = fos.getChannel();
            // 3、分配緩沖區(qū)
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                buffer.clear();//清空緩沖區(qū)
                buffer.put(("hello,使用Buffer和channel實(shí)現(xiàn)寫數(shù)據(jù)到文件中"+i+"\r\n").getBytes());
                // 4、把緩沖區(qū)切換成寫出模式
                buffer.flip();
                channel.write(buffer);//將緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)寫入到文件通道
            }
            channel.close();
            System.out.println("寫數(shù)據(jù)到文件中！");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

9、案例2-本地文件讀數(shù)據(jù)

 /***
     * 設(shè)置兩個(gè)緩沖區(qū)，一大一小，大的緩沖區(qū)為每次讀取的量，小的緩沖區(qū)存放每行的數(shù)據(jù)（確保大小可存放文本中最長的那行）。讀取的時(shí)候判斷是不是換行符13，是的話則返回一行數(shù)據(jù)，不是的話繼續(xù)讀取，直到讀完文件。
     * @throws Exception
     */
    @Test
    public void read() throws Exception {
        // 1、定義一個(gè)文件字節(jié)輸入流與源文件接通
        FileInputStream is = new FileInputStream("E:\\test\\data01.txt");
        // 2、需要得到文件字節(jié)輸入流的文件通道
        FileChannel channel = is.getChannel();
        // 3、定義一個(gè)緩沖區(qū)
        int bufferSize = 1024 * 1024;  // 每一塊的大小
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(bufferSize);
        ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocate(1024);
        // 4、讀取數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)
        int bytesRead = channel.read(buffer);
        while (bytesRead != -1) {
            buffer.flip();// 切換模式，寫->讀
            while (buffer.hasRemaining()) {//返回 position 和 limit 之間的元素個(gè)數(shù)
                    byte b = buffer.get();
                    if (b == 10 || b == 13) { // 換行或回車
                        bb.flip();
                        // 這里就是一個(gè)行
                        final String line = Charset.forName("utf-8").decode(bb).toString();
                        System.out.println(line);// 解碼已經(jīng)讀到的一行所對應(yīng)的字節(jié)
                        bb.clear();
                    } else {
                        if (bb.hasRemaining())
                            bb.put(b);
                        else { // 空間不夠擴(kuò)容
                            bb = reAllocate(bb);
                            bb.put(b);
                        }
                    }
            }
            buffer.clear();// 清空,position位置為0，limit=capacity
            //  繼續(xù)往buffer中寫
            bytesRead = channel.read(buffer);
        }
        channel.close();
    }

10、案例3-使用Buffer完成文件復(fù)制

  /**
     * 使用 FileChannel(通道) ，完成文件的拷貝。
     * @throws Exception
     */
    @Test
    public void copy() throws Exception {
        // 源文件
        File srcFile = new File("E:\\test\\Aurora-4k.jpg");
        File destFile = new File("E:\\test\\Aurora-4k-new.jpg");
        // 得到一個(gè)字節(jié)字節(jié)輸入流
        FileInputStream fis = new FileInputStream(srcFile);
        // 得到一個(gè)字節(jié)輸出流
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream(destFile);
        // 得到的是文件通道
        FileChannel isChannel = fis.getChannel();
        FileChannel osChannel = fos.getChannel();
        // 分配緩沖區(qū)
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        while(isChannel.read(buffer)>0){
            // 已經(jīng)讀取了數(shù)據(jù) ，把緩沖區(qū)的模式切換成可讀模式
            buffer.flip();
            // 把數(shù)據(jù)寫出到
            osChannel.write(buffer);//將buffer緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)寫入到osChannel中
            // 必須先清空緩沖然后再寫入數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)
            buffer.clear();
        }
        isChannel.close();
        osChannel.close();
        System.out.println("復(fù)制完成！");
    }

11、案例4-transferFrom()
從目標(biāo)通道中去復(fù)制原通道數(shù)據(jù)

 @Test
    public void test02() throws Exception {
        // 1、字節(jié)輸入管道
        FileInputStream is = new FileInputStream("E:\\test\\Aurora-4k.jpg");
        FileChannel isChannel = is.getChannel();
        // 2、字節(jié)輸出流管道
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream("E:\\test\\Aurora-4knew3.jpg");
        FileChannel osChannel = fos.getChannel();
        // 3、復(fù)制
        osChannel.transferFrom(isChannel,isChannel.position(),isChannel.size());
        isChannel.close();
        osChannel.close();
    }

12、案例5-transferTo()
把原通道數(shù)據(jù)復(fù)制到目標(biāo)通道

 @Test
    public void test03() throws Exception {
        // 1、字節(jié)輸入管道
        FileInputStream is = new FileInputStream("E:\\test\\Aurora-4k.jpg");
        FileChannel isChannel = is.getChannel();
        // 2、字節(jié)輸出流管道
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream("E:\\test\\Aurora-4knew4.jpg");
        FileChannel osChannel = fos.getChannel();
        // 3、復(fù)制
        isChannel.transferTo(isChannel.position() , isChannel.size() , osChannel);
        isChannel.close();
        osChannel.close();
    }

13、案例6-分散 (Scatter) 和聚集 (Gather) 分散讀取

分散讀?。⊿catter ）:是指把Channel通道的數(shù)據(jù)讀入到多個(gè)緩沖區(qū)中去
聚集寫入（Gathering ）是指將多個(gè) Buffer 中的數(shù) 據(jù)“聚集”到 Channel。

//分散和聚集
@Test
public void test() throws IOException{
		RandomAccessFile raf1 = new RandomAccessFile("1.txt", "rw");
	//1. 獲取通道
	FileChannel channel1 = raf1.getChannel();
	//2. 分配指定大小的緩沖區(qū)
	ByteBuffer buf1 = ByteBuffer.allocate(100);
	ByteBuffer buf2 = ByteBuffer.allocate(1024);
	//3. 分散讀取
	ByteBuffer[] bufs = {buf1, buf2};
	channel1.read(bufs);
	for (ByteBuffer byteBuffer : bufs) {
		byteBuffer.flip();
	}
	System.out.println(new String(bufs[0].array(), 0, bufs[0].limit()));
	System.out.println("-----------------");
	System.out.println(new String(bufs[1].array(), 0, bufs[1].limit()));
	//4. 聚集寫入
	RandomAccessFile raf2 = new RandomAccessFile("2.txt", "rw");
	FileChannel channel2 = raf2.getChannel();
	channel2.write(bufs);
}

六、NIO核心三：選擇器(Selector)

1、選擇器(Selector)概述
選擇器（Selector)是SelectableChannle對象的多路復(fù)用器，Selector可以同時(shí)監(jiān)控多個(gè)SelectableChannel的IO狀況，也就是說，利用Selector可使一個(gè)單獨(dú)的線程管理多個(gè)Channel。Selector是非阻塞IO的核心。

Java 的 NIO，用非阻塞的 IO 方式?？梢杂靡粋€(gè)線程，處理多個(gè)的客戶端連接，就會使用到 Selector(選擇器)
Selector 能夠檢測多個(gè)注冊的通道上是否有事件發(fā)生(注意:多個(gè) Channel 以事件的方式可以注冊到同一個(gè)(Selector)，如果有事件發(fā)生，便獲取事件然后針對每個(gè)事件進(jìn)行相應(yīng)的處理。這樣就可以只用一個(gè)單線程去管
理多個(gè)通道，也就是管理多個(gè)連接和請求。
只有在連接/通道真正有讀寫事件發(fā)生時(shí)，才會進(jìn)行讀寫，就大大地減少了系統(tǒng)開銷，并且不必為每個(gè)連接都創(chuàng)建一個(gè)線程，不用去維護(hù)多個(gè)線程
避免了多線程之間的上下文切換導(dǎo)致的開銷

2、選擇器的應(yīng)用
創(chuàng)建 Selector ：通過調(diào)用 Selector.open() 方法創(chuàng)建一個(gè) Selector。

Selector selector = Selector.open();

向選擇器注冊通道：SelectableChannel.register(Selector sel, int ops)

//1. 獲取通道
ServerSocketChannel ssChannel = ServerSocketChannel.open();
//2. 切換非阻塞模式
ssChannel.configureBlocking(false);
//3. 綁定連接
ssChannel.bind(new InetSocketAddress(9898));
//4. 獲取選擇器
Selector selector = Selector.open();
//5. 將通道注冊到選擇器上, 并且指定“監(jiān)聽接收事件”
ssChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

當(dāng)調(diào)用 register(Selector sel, int ops) 將通道注冊選擇器時(shí)，選擇器對通道的監(jiān)聽事件，需要通過第二個(gè)參數(shù) ops 指定?？梢员O(jiān)聽的事件類型（用可使用 SelectionKey 的四個(gè)常量表示）：

讀 : SelectionKey.OP_READ （1）
寫 : SelectionKey.OP_WRITE （4）
連接 : SelectionKey.OP_CONNECT （8）
接收 : SelectionKey.OP_ACCEPT （16）

若注冊時(shí)不止監(jiān)聽一個(gè)事件，則可以使用“位或”操作符連接。
int interestSet = SelectionKey.OP_READ|SelectionKey.OP_WRITE
3、NIO非阻塞式網(wǎng)絡(luò)通信原理分析 3.1、Selector 示意圖和特點(diǎn)說明
Selector可以實(shí)現(xiàn)： 一個(gè) I/O 線程可以并發(fā)處理 N 個(gè)客戶端連接和讀寫操作，這從根本上解決了傳統(tǒng)同步阻塞 I/O 一連接一線程模型，架構(gòu)的性能、彈性伸縮能力和可靠性都得到了極大的提升。

3.2、服務(wù)端流程

1)、獲取通道。當(dāng)客戶端連接服務(wù)端時(shí)，服務(wù)端會通過 ServerSocketChannel 得到 SocketChannel：

 ServerSocketChannel ssChannel = ServerSocketChannel.open();

2)、切換非阻塞模式

 ssChannel.configureBlocking(false);

3)、綁定連接

 ssChannel.bind(new InetSocketAddress(8888));

4)、獲取選擇器

Selector selector = Selector.open();

5)、將通道注冊到選擇器上, 并且指定“監(jiān)聽接收事件”

ssChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

6)、輪詢式的獲取選擇器上已經(jīng)“準(zhǔn)備就緒”的事件

while (selector.select() > 0){
    System.out.println("開啟事件處理");
    //7.獲取選擇器中所有注冊的通道中已準(zhǔn)備好的事件
    Iterator<SelectionKey> it = selector.selectedKeys().iterator();
    //8.開始遍歷事件
    while (it.hasNext()){
        SelectionKey selectionKey = it.next();
        System.out.println("--->"+selectionKey);
        //9.判斷這個(gè)事件具體是啥
        if (selectionKey.isAcceptable()){
            //10.獲取當(dāng)前接入事件的客戶端通道
            SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
            //11.切換成非阻塞模式
            socketChannel.configureBlocking(false);
            //12.將本客戶端注冊到選擇器
            socketChannel.register(selector,SelectionKey.OP_READ);
        }else if (selectionKey.isReadable()){
            //13.獲取當(dāng)前選擇器上的讀
            SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) selectionKey.channel();
            //14.讀取
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
            int len;
            while ((len = socketChannel.read(buffer)) > 0){
                buffer.flip();
                System.out.println(new String(buffer.array(),0,len));
                //清除之前的數(shù)據(jù)（覆蓋寫入）
                buffer.clear();
            }
        }
        //15.處理完畢后，移除當(dāng)前事件
        it.remove();
    }
}

3.3、客戶端流程
1)、獲取通道

SocketChannel sChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8888));

2)、切換非阻塞模式

sChannel.configureBlocking(false);

3)、分配指定大小的緩沖區(qū)?????

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

4)、發(fā)送數(shù)據(jù)給綁定的服務(wù)端

Scanner scan = new Scanner(System.in);
while(scan.hasNext()){
	String str = scan.nextLine();
	buf.put((new SimpleDateFormat("yyyy/MM/dd HH:mm:ss").format(System.currentTimeMillis())
			+ "\n" + str).getBytes());
	buf.flip();
	sChannel.write(buf);
	buf.clear();
}
//關(guān)閉通道
sChannel.close();

4、NIO非阻塞式網(wǎng)絡(luò)通信入門案例
需求：服務(wù)端接收客戶端的連接請求，并接收多個(gè)客戶端發(fā)送過來的事件。

Server端代碼實(shí)現(xiàn)：

package nio.ss;
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.*;
import java.util.Iterator;
public class Server {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            //1.獲取管道
            ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
            //2.設(shè)置非阻塞模式
            serverSocketChannel.configureBlocking(false);
            //3.綁定端口
            serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8888));
            //4.獲取選擇器
            Selector selector = Selector.open();
            //5.將通道注冊到選擇器上，并且開始指定監(jiān)聽的接收事件
            serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
            //6.輪詢已經(jīng)就緒的事件
            while (selector.select() > 0){
                System.out.println("開啟事件處理");
                //7.獲取選擇器中所有注冊的通道中已準(zhǔn)備好的事件
                Iterator<SelectionKey> it = selector.selectedKeys().iterator();
                //8.開始遍歷事件
                while (it.hasNext()){
                    SelectionKey selectionKey = it.next();
                    System.out.println("--->"+selectionKey);
                    //9.判斷這個(gè)事件具體是啥
                    if (selectionKey.isAcceptable()){
                        //10.獲取當(dāng)前接入事件的客戶端通道
                        SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
                        //11.切換成非阻塞模式
                        socketChannel.configureBlocking(false);
                        //12.將本客戶端注冊到選擇器
                        socketChannel.register(selector,SelectionKey.OP_READ);
                    }else if (selectionKey.isReadable()){
                        //13.獲取當(dāng)前選擇器上的讀
                        SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) selectionKey.channel();
                        //14.讀取
                        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                        int len;
                        while ((len = socketChannel.read(buffer)) > 0){
                            buffer.flip();
                            System.out.println(new String(buffer.array(),0,len));
                            //清除之前的數(shù)據(jù)（覆蓋寫入）
                            buffer.clear();
                        }
                    }
                    //15.處理完畢后，移除當(dāng)前事件
                    it.remove();
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

Client端代碼實(shí)現(xiàn)：

package nio.ss;
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Scanner;
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1",8888));
            socketChannel.configureBlocking(false);
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
            while (true){
                System.out.print("請輸入:");
                String msg = scanner.nextLine();
                buffer.put(msg.getBytes());
                buffer.flip();
                socketChannel.write(buffer);
                buffer.clear();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

5、NIO 網(wǎng)絡(luò)編程應(yīng)用實(shí)例-群聊系統(tǒng)
需求:進(jìn)一步理解 NIO 非阻塞網(wǎng)絡(luò)編程機(jī)制，實(shí)現(xiàn)多人群聊

編寫一個(gè) NIO 群聊系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)客戶端與客戶端的通信需求（非阻塞）
服務(wù)器端：可以監(jiān)測用戶上線，離線，并實(shí)現(xiàn)消息轉(zhuǎn)發(fā)功能
客戶端：通過 channel 可以無阻塞發(fā)送消息給其它所有客戶端用戶，同時(shí)可以接受其它客戶端用戶通過服務(wù)端轉(zhuǎn)發(fā)來的消息

服務(wù)端代碼：

package nio.chat;
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.*;
import java.util.Iterator;
/**
 *
 */
public class Server {
    //定義屬性
    private Selector selector;
    private ServerSocketChannel ssChannel;
    private static final int PORT = 9999;
    //構(gòu)造器
    //初始化工作
    public Server() {
        try {
            // 1、獲取通道
            ssChannel = ServerSocketChannel.open();
            // 2、切換為非阻塞模式
            ssChannel.configureBlocking(false);
            // 3、綁定連接的端口
            ssChannel.bind(new InetSocketAddress(PORT));
            // 4、獲取選擇器Selector
            selector = Selector.open();
            // 5、將通道都注冊到選擇器上去，并且開始指定監(jiān)聽接收事件
            ssChannel.register(selector , SelectionKey.OP_ACCEPT);
        }catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    //監(jiān)聽
    public void listen() {
        System.out.println("監(jiān)聽線程:" + Thread.currentThread().getName());
        try {
            while (selector.select() > 0){
                // 7、獲取選擇器中的所有注冊的通道中已經(jīng)就緒好的事件
                Iterator<SelectionKey> it = selector.selectedKeys().iterator();
                // 8、開始遍歷這些準(zhǔn)備好的事件
                while (it.hasNext()){
                    // 提取當(dāng)前這個(gè)事件
                    SelectionKey sk = it.next();
                    // 9、判斷這個(gè)事件具體是什么
                    if(sk.isAcceptable()){
                        // 10、直接獲取當(dāng)前接入的客戶端通道
                        SocketChannel schannel = ssChannel.accept();
                        // 11 、切換成非阻塞模式
                        schannel.configureBlocking(false);
                        // 12、將本客戶端通道注冊到選擇器
                        System.out.println(schannel.getRemoteAddress() + " 上線 ");
                        schannel.register(selector , SelectionKey.OP_READ);
                        //提示
                    }else if(sk.isReadable()){
                        //處理讀 (專門寫方法..)
                        readData(sk);
                    }
                    it.remove(); // 處理完畢之后需要移除當(dāng)前事件
                }
            }
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            //發(fā)生異常處理....
        }
    }
    //讀取客戶端消息
    private void readData(SelectionKey key) {
        //獲取關(guān)聯(lián)的channel
        SocketChannel channel = null;
        try {
            //得到channel
            channel = (SocketChannel) key.channel();
            //創(chuàng)建buffer
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
            int count = channel.read(buffer);
            //根據(jù)count的值做處理
            if(count > 0) {
                //把緩存區(qū)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成字符串
                String msg = new String(buffer.array());
                //輸出該消息
                System.out.println("來自客戶端---> " + msg);
                //向其它的客戶端轉(zhuǎn)發(fā)消息(去掉自己), 專門寫一個(gè)方法來處理
                sendInfoToOtherClients(msg, channel);
            }
        }catch (IOException e) {
            try {
                System.out.println(channel.getRemoteAddress() + " 離線了..");
                e.printStackTrace();
                //取消注冊
                key.cancel();
                //關(guān)閉通道
                channel.close();
            }catch (IOException e2) {
                e2.printStackTrace();;
            }
        }
    }
    //轉(zhuǎn)發(fā)消息給其它客戶(通道)
    private void sendInfoToOtherClients(String msg, SocketChannel self ) throws  IOException{
        System.out.println("服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)消息中...");
        System.out.println("服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)給客戶端線程: " + Thread.currentThread().getName());
        //遍歷 所有注冊到selector 上的 SocketChannel,并排除 self
        for(SelectionKey key: selector.keys()) {
            //通過 key  取出對應(yīng)的 SocketChannel
            Channel targetChannel = key.channel();
            //排除自己
            if(targetChannel instanceof  SocketChannel && targetChannel != self) {
                //轉(zhuǎn)型
                SocketChannel dest = (SocketChannel)targetChannel;
                //將msg 存儲到buffer
                ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(msg.getBytes());
                //將buffer 的數(shù)據(jù)寫入 通道
                dest.write(buffer);
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        //創(chuàng)建服務(wù)器對象
        Server groupChatServer = new Server();
        groupChatServer.listen();
    }
}

客戶端代碼：

package nio.chat;
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Iterator;
import java.util.Scanner;
public class Client {
    //定義相關(guān)的屬性
    private final String HOST = "127.0.0.1"; // 服務(wù)器的ip
    private final int PORT = 9999; //服務(wù)器端口
    private Selector selector;
    private SocketChannel socketChannel;
    private String username;
    //構(gòu)造器, 完成初始化工作
    public Client() throws IOException {
        selector = Selector.open();
        //連接服務(wù)器
        socketChannel = socketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1", PORT));
        //設(shè)置非阻塞
        socketChannel.configureBlocking(false);
        //將channel 注冊到selector
        socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
        //得到username
        username = socketChannel.getLocalAddress().toString().substring(1);
        System.out.println(username + " is ok...");
    }
    //向服務(wù)器發(fā)送消息
    public void sendInfo(String info) {
        info = username + " 說：" + info;
        try {
            socketChannel.write(ByteBuffer.wrap(info.getBytes()));
        }catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    //讀取從服務(wù)器端回復(fù)的消息
    public void readInfo() {
        try {
            int readChannels = selector.select();
            if(readChannels > 0) {//有可以用的通道
                Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator();
                while (iterator.hasNext()) {
                    SelectionKey key = iterator.next();
                    if(key.isReadable()) {
                        //得到相關(guān)的通道
                        SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel();
                        //得到一個(gè)Buffer
                        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                        //讀取
                        sc.read(buffer);
                        //把讀到的緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成字符串
                        String msg = new String(buffer.array());
                        System.out.println(msg.trim());
                    }
                }
                iterator.remove(); //刪除當(dāng)前的selectionKey, 防止重復(fù)操作
            } else {
                //System.out.println("沒有可以用的通道...");
            }
        }catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //啟動我們客戶端
        Client chatClient = new Client();
        //啟動一個(gè)線程, 每個(gè)3秒，讀取從服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)
        new Thread() {
            public void run() {
                while (true) {
                    chatClient.readInfo();
                    try {
                        Thread.currentThread().sleep(3000);
                    }catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }.start();
        //發(fā)送數(shù)據(jù)給服務(wù)器端
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        while (scanner.hasNextLine()) {
            String s = scanner.nextLine();
            chatClient.sendInfo(s);
        }
    }
}

七、AIO 深入剖析

Java AIO(NIO.2) ： 異步非阻塞，服務(wù)器實(shí)現(xiàn)模式為一個(gè)有效請求一個(gè)線程，客戶端的I/O請求都是由OS先完成了再通知服務(wù)器應(yīng)用去啟動線程進(jìn)行處理。

AIO：異步非阻塞，基于NIO的，可以稱之為NIO2.0
    BIO                   NIO                              AIO        
Socket                SocketChannel                    AsynchronousSocketChannel
ServerSocket          ServerSocketChannel	       AsynchronousServerSocketChannel

與NIO不同，當(dāng)進(jìn)行讀寫操作時(shí)，只須直接調(diào)用API的read或write方法即可, 這兩種方法均為異步的，對于讀操作而言，當(dāng)有流可讀取時(shí)，操作系統(tǒng)會將可讀的流傳入read方法的緩沖區(qū),對于寫操作而言，當(dāng)操作系統(tǒng)將write方法傳遞的流寫入完畢時(shí)，操作系統(tǒng)主動通知應(yīng)用程序

即可以理解為，read/write方法都是異步的，完成后會主動調(diào)用回調(diào)函數(shù)。在JDK1.7中，這部分內(nèi)容被稱作NIO.2，主要在Java.nio.channels包下增加了下面四個(gè)異步通道：

AsynchronousSocketChannel
? AsynchronousServerSocketChannel
? AsynchronousFileChannel
? AsynchronousDatagramChannel

八、總結(jié)

BIO、NIO、AIO：

Java BIO ：同步并阻塞，服務(wù)器實(shí)現(xiàn)模式為一個(gè)連接一個(gè)線程，即客戶端有連接請求時(shí)服務(wù)器端就需要啟動一個(gè)線程進(jìn)行處理，如果這個(gè)連接不做任何事情會造成不必要的線程開銷，當(dāng)然可以通過線程池機(jī)制改善。
Java NIO ：同步非阻塞，服務(wù)器實(shí)現(xiàn)模式為一個(gè)請求一個(gè)線程，即客戶端發(fā)送的連接請求都會注冊到多路復(fù)用器上，多路復(fù)用器輪詢到連接有I/O請求時(shí)才啟動一個(gè)線程進(jìn)行處理。
Java AIO(NIO.2) ：異步非阻塞，服務(wù)器實(shí)現(xiàn)模式為一個(gè)有效請求一個(gè)線程，客戶端的I/O請求都是由OS先完成了再通知服務(wù)器應(yīng)用去啟動線程進(jìn)行處理。

BIO、NIO、AIO適用場景分析:

BIO方式適用于連接數(shù)目比較小且固定的架構(gòu)，這種方式對服務(wù)器資源要求比較高，并發(fā)局限于應(yīng)用中，JDK1.4以前的唯一選擇，但程序直觀簡單易理解。
NIO方式適用于連接數(shù)目多且連接比較短（輕操作）的架構(gòu)，比如聊天服務(wù)器，并發(fā)局限于應(yīng)用中，編程比較復(fù)雜，JDK1.4開始支持。
AIO方式使用于連接數(shù)目多且連接比較長（重操作）的架構(gòu)，比如相冊服務(wù)器，充分調(diào)用OS參與并發(fā)操作，編程比較復(fù)雜，JDK7開始支持。Netty!

到此這篇關(guān)于Java之NIO簡介的文章就介紹到這了,更多相關(guān)java NIO內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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