Java NIO简介及应用

java nio 简介

Java NIO（New IO）是用于Java（来自Java 1.4）的替代IO API，意味着替代标准 Java IO和Java Networking API。 Java NIO提供了与原来IO API不同的工作方式，但是作用和目的是一样的。 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。

Java NIO与普通IO的主要区别

io	nio
面向流	面向缓冲区（buffer，channel）
堵塞io	非堵塞io
-	选择器

java nio主要的核心组件

缓冲区 buffer
通道 Channels
选择器 Selectors

java nio缓冲区buffer

简介

Buffer是数据的容器，在nio中负责数据的存取，java为不同数据类型提供了相对应的缓冲区类型如：ByteBuffer、CharBuffer、ShortBuffer、IntBuffer、LongBuffer、FloatBuffer 、DoubleBuffer 等。

Buffer的基本使用

通过allocate()方法获取缓冲区，put()方法存入数据到缓冲区，get()方法获取缓冲区中的数据

String temp = "abcdefg";
//通过allocate()方法获取指定大小的缓冲区
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
//使用put()方法将数据添加到缓冲区
byteBuffer.put(temp.getBytes());
//缓冲区切换读取数据模式
byteBuffer.flip();
//获取缓冲区数据
byte[] dst = new byte[byteBuffer.limit()];
//使用get()方法获取数据到dst中
byteBuffer.get(dst);
System.out.println(new String(dst,0,dst.length));

Buffer的核心属性
- capacity:容量，表示缓冲区中最大存储数据的容量，一旦声明不能改变。
- limit:界限，表示缓冲区中可以操作数据的大小。（limit后数据不能进行读写）
- 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，可通过reset()恢复到mark的位置
mark <= position <= limit <= capacity，属性的各种状态的值可查看TestBuffer.java中的测试代码
直接缓冲区与非直接缓冲区
- 非直接缓冲区：通过allocate()分配缓冲区，缓冲区建立在jvm中。
- 直接缓冲区：通过allocateDirect()方法创建缓冲区，缓冲区建立在系统物理内存中。

java nio通道channel

简介

通道（channel）：用户数据源节点和目标节点的连接。在Java nio中负责缓冲区中的数据传输， channel本身不存储数据，因此需要配合缓冲区进行传输,实现java.nio.channels.Channel接口，主要实现类有FileChannel、SocketChannel、ServerSocketChannel、DatagramChannel等。

获取通的方式

(1)java针对支持通道的类提供getChannel()方法本地IO有 FileInputStream/FileOutputStream RandomAccessFile，网络IO有 Socket 、ServerSocket 、DatagramSocket
(2)在Java1.7中的NIO.2针对各个通道提供了静态方法open()
(3)在Java1.7中的NIO.2的Files工具类的newByteChannel()

简单示例使用通道和缓冲区复制文件：

 //使用非直接缓冲区
 FileInputStream fis = new FileInputStream("chao.png");
 FileOutputStream fos = new FileOutputStream("chao2.png");
 //1.获取通道
 FileChannel inChannel = fis.getChannel();
 FileChannel outChannel = fos.getChannel();   
 //2.分配指定大小缓冲区
 ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(3072);
 //3.将通道的数据存入缓冲区
 while (inChannel.read(buffer)!=-1){  
     //缓冲区切换为读模式
     buffer.flip();
     //4.将缓冲区数据写入通道
     outChannel.write(buffer);  
     buffer.clear();
 }
 outChannel.close();
 inChannel.close();
 fis.close();
 fos.close();

使用NIO网络编程

堵塞式socket

客户端

 try {
      //创建连接通道socketChannel
      SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1",8080));
      //本地通道，缓冲区，读取本地文件到通道
      FileChannel inChannel = FileChannel.open(Paths.get("test2"),StandardOpenOption.READ);
      ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
      //通道数据保存到缓冲区
      while (inChannel.read(buf)!=-1){
          buf.flip();
          //缓冲区数据传输至socket连接通道
          socketChannel.write(buf);
          buf.clear();
        }  
       //关闭连接写入 --> 而不关闭通道
       socketChannel.shutdownOutput();
       //接收服务端反馈
       int len = 0;
       while ((len =socketChannel.read(buf))!=-1){
           buf.flip();
           System.out.println(new String(buf.array(),0,len));
           buf.clear();
        }  
      inChannel.close();  
     socketChannel.close();
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();  
 }

服务端

try {
        //1获取通道
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        //2绑定连接
        serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));
        //3获取客户端连接的通道
        SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
        //创建本地通道，缓冲区接收客户端数据
        FileChannel outChannel = FileChannel.open(Paths.get("test3"),StandardOpenOption.CREATE,StandardOpenOption.WRITE);
        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
        //4.从socketChannel接收客户端数据
        while (socketChannel.read(buf)!=-1){
            buf.flip();
            outChannel.write(buf);
            buf.clear();
        }
        //返回数据给客户端
        buf.put("服务端接收数据成功".getBytes());
        buf.flip();
        socketChannel.write(buf);
        socketChannel.close();
        serverSocketChannel.close();
    } catch (IOException e) {

        e.printStackTrace();
}

非堵塞式socket

客户端

//1.获取通道
SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1",8080));
//2.设置为非堵塞模式
socketChannel.configureBlocking(false);
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
//3.发送数据给服务端
//控制台输入数据
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
while (scanner.hasNext()){
    String msg = scanner.next();
    buf.put(msg.getBytes());
    buf.flip();
    socketChannel.write(buf);
    buf.clear();
}
//4.关闭连接
socketChannel.close();

服务端

//1.获取通道
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
//2.切换到非堵塞模式
serverSocketChannel.configureBlocking(false);
//3.绑定端口号
serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));
//4.获取选择器
Selector selector = Selector.open();
//5.将通道注册到选择器上，并且指定“监听接收事件”
serverSocketChannel.register(selector,SelectionKey.OP_ACCEPT);
//6轮询式的获取选择器上已经‘准备就绪’的事件
while (selector.select()>0){
    //7 。获取当前选择器中所有注册的"选择健（已就绪的监听事件）"
    Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator();
    while (iterator.hasNext()){
        //8.获取“准备就绪”的事件
        SelectionKey selectionKey = iterator.next();
         //9.判断具体事件，就绪
        if (selectionKey.isAcceptable()){
            //10.接收就绪，获取客户端连接
            SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
            //11,切换到非堵塞模式
            socketChannel.configureBlocking(false);
            //12.将客户端通道注册到选择器上
            socketChannel.register(selector,SelectionKey.OP_READ);
        }else if (selectionKey.isReadable()){
            //获取当前选择器上“读就绪”状态的通道
            SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) selectionKey.channel();

            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
            //读取客户端传过来的数据
            int len = 0;
            while ((len = socketChannel.read(buffer))>0){
              buffer.flip();
              System.out.println(new String(buffer.array(),0,len));
              buffer.clear();  
          }
        }
        //取消选择键selectionKey
        iterator.remove();
    }
}

github博客地址

代码地址

可查阅官方api文档

Java NIO简介及应用

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