Java NIO学习记录-1

解释：Java NIO是java 1.4之后新出的一套IO接口，这里的的新是相对于原有标准的Java IO和Java Networking接口。NIO提供了一种完全不同的操作方式。

Java NIO: Channels and Buffers：标准的IO编程接口是面向字节流和字符流的。而NIO是面向通道和缓冲区的，数据总是从通道中读到buffer缓冲区内，或者从buffer写入到通道中。

Java NIO: Non-blocking IO：Java NIO使我们可以进行非阻塞IO操作。比如说，单线程中从通道读取数据到buffer，同时可以继续做别的事情，当数据读取到buffer中后，线程再继续处理数据。写数据也是一样的。

Java NIO: Selectors:NIO中有一个“slectors”的概念。selector可以检测多个通道的事件状态（例如：链接打开，数据到达）这样单线程就可以操作多个通道的数据。 所有这些都会在后续章节中更详细的介绍。

Channel的基础示例（Basic Channel Example）

import java.io.RandomAccessFile;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class Demo1 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("d:/tmp/1.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();
    }
}

通过RandomAccessFile得到 FileChannel  ，buf.flip()的调用。首先把数据读取到Buffer中，然后调用flip()方法。接着再把数据读取出来。

Buffer基本用法（Basic Buffer Usage）
利用Buffer读写数据，通常遵循四个步骤：

1，把数据写入buffer；
2，调用flip；
3，从Buffer中读取数据；
4，调用buffer.clear()或者buffer.compact()

当写入数据到buffer中时，buffer会记录已经写入的数据大小。当需要读数据时，通过flip()方法把buffer从写模式调整为读模式；在读模式下，可以读取所有已经写入的数据。当读取完数据后，需要清空buffer，以满足后续写入操作。清空buffer有两种方式：调用clear()或compact()方法。clear会清空整个buffer，compact则只清空已读取的数据，未被读取的数据会被移动到buffer的开始位置，写入位置则近跟着未读数据之后。

Buffer的容量，位置，上限（Buffer Capacity, Position and Limit）
buffer缓冲区实质上就是一块内存，用于写入数据，也供后续再次读取数据。这块内存被NIO Buffer管理，并提供一系列的方法用于更简单的操作这块内存。
一个Buffer有三个属性是必须掌握的，分别是：
1，capacity容量
2，position位置
3，limit限制
position和limit的具体含义取决于当前buffer的模式。

容量（Capacity）
作为一块内存，buffer有一个固定的大小，叫做capacity容量。也就是最多只能写入容量值得字节，整形等数据。一旦buffer写满了就需要清空已读数据以便下次继续写入新的数据。
位置（Position）
当写入数据到Buffer的时候需要中一个确定的位置开始，默认初始化时这个位置position为0，一旦写入了数据比如一个字节，整形数据，那么position的值就会指向数据之后的一个单元，position最大可以到capacity-1.
当从Buffer读取数据时，也需要从一个确定的位置开始。buffer从写入模式变为读取模式时，position会归零，每次读取后，position向后移动。
上限（Limit）
在写模式，limit的含义是我们所能写入的最大数据量。它等同于buffer的容量。
一旦切换到读模式，limit则代表我们所能读取的最大数据量，他的值等同于写模式下position的位置。

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数据读取的上限时buffer中已有的数据，也就是limit的位置（原position所指的位置）。

Buffer Types
Java NIO有如下具体的Buffer类型：
ByteBuffer
MappedByteBuffer
CharBuffer
DoubleBuffer
FloatBuffer
IntBuffer
LongBuffer
ShortBuffer
Buffer的类型代表了不同数据类型，换句话说，Buffer中的数据可以是上述的基本类型；
MappedByteBuffer稍有不同，我们会单独介绍。
分配一个Buffer（Allocating a Buffer）
为了获取一个Buffer对象，你必须先分配。每个Buffer实现类都有一个allocate()方法用于分配内存。下面看一个实例,开辟一个48字节大小的buffer：
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
开辟一个1024个字符的CharBuffer：
CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(1024);
写入数据到Buffer（Writing Data to a Buffer）
写数据到Buffer有两种方法：
从Channel中写数据到Buffer
手动写数据到Buffer，调用put方法
下面是一个实例，演示从Channel写数据到Buffer：
 int bytesRead = inChannel.read(buf); //read into buffer.
通过put写数据：
buf.put(127);    
put方法有很多不同版本，对应不同的写数据方法。例如把数据写到特定的位置，或者把一个字节数据写入buffer。看考JavaDoc文档可以查阅的更多数据。
翻转（flip()）
flip()方法可以吧Buffer从写模式切换到读模式。调用flip方法会把position归零，并设置limit为之前的position的值。 也就是说，现在position代表的是读取位置，limit标示的是已写入的数据位置。
从Buffer读取数据（Reading Data from a Buffer）
冲Buffer读数据也有两种方式。

从buffer读数据到channel
从buffer直接读取数据，调用get方法
读取数据到channel的例子：
//read from buffer into channel.
int bytesWritten = inChannel.write(buf);
调用get读取数据的例子：
byte aByte = buf.get();    
get也有诸多版本，对应了不同的读取方式。
rewind()
Buffer.rewind()方法将position置为0，这样我们可以重复读取buffer中的数据。limit保持不变。
clear() and compact()
一旦我们从buffer中读取完数据，需要复用buffer为下次写数据做准备。只需要调用clear或compact方法。
clear方法会重置position为0，limit为capacity，也就是整个Buffer清空。实际上Buffer中数据并没有清空，我们只是把标记为修改了。
如果Buffer还有一些数据没有读取完，调用clear就会导致这部分数据被“遗忘”，因为我们没有标记这部分数据未读。
针对这种情况，如果需要保留未读数据，那么可以使用compact。 因此compact和clear的区别就在于对未读数据的处理，是保留这部分数据还是一起清空。
mark() and reset()
通过mark方法可以标记当前的position，通过reset来恢复mark的位置，这个非常像canva的save和restore：
buffer.mark();
//call buffer.get() a couple of times, e.g. during parsing.
buffer.reset();  //set position back to mark.    
equals() and compareTo()
可以用eqauls和compareTo比较两个buffer
equals()
判断两个buffer相对，需满足：
类型相同
buffer中剩余字节数相同
所有剩余字节相等
从上面的三个条件可以看出，equals只比较buffer中的部分内容，并不会去比较每一个元素。
compareTo()
compareTo也是比较buffer中的剩余元素，只不过这个方法适用于比较排序的

Java NIO发布时内置了对scatter / gather的支持。scatter / gather是通过通道读写数据的两个概念。

Scattering read指的是从通道读取的操作能把数据写入多个buffer，也就是sctters代表了数据从一个channel到多个buffer的过程。

gathering write则正好相反，表示的是从多个buffer把数据写入到一个channel中。

Scatter/gather在有些场景下会非常有用，比如需要处理多份分开传输的数据。举例来说，假设一个消息包含了header和body，我们可能会把header和body保存在不同独立buffer中，这种分开处理header与body的做法会使开发更简明。

Scattering Reads

"scattering read"是把数据从单个Channel写入到多个buffer

Java NIO: Scattering Read

用代码来表示的话如下：

ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(128);
ByteBuffer body   = ByteBuffer.allocate(1024);
ByteBuffer[] bufferArray = { header, body };
channel.read(bufferArray);

观察代码可以发现，我们把多个buffer写在了一个数组中，然后把数组传递给channel.read()方法。read()方法内部会负责把数据按顺序写进传入的buffer数组内。一个buffer写满后，接着写到下一个buffer中。

实际上，scattering read内部必须写满一个buffer后才会向后移动到下一个buffer，因此这并不适合消息大小会动态改变的部分，也就是说，如果你有一个header和body，并且header有一个固定的大小（比如128字节）,这种情形下可以正常工作。

Gathering Writes

"gathering write"把多个buffer的数据写入到同一个channel中，下面是示意图：

gather.png

Java NIO: Gathering Write

用代码表示的话如下：

ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(128);
ByteBuffer body   = ByteBuffer.allocate(1024);
//write data into buffers
ByteBuffer[] bufferArray = { header, body };
channel.write(bufferArray);

类似的传入一个buffer数组给write，内部机会按顺序将数组内的内容写进channel，这里需要注意，写入的时候针对的是buffer中position到limit之间的数据。也就是如果buffer的容量是128字节，但它只包含了58字节数据，那么写入的时候只有58字节会真正写入。因此gathering write是可以适用于可变大小的message的，这和scattering reads不同。

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