Java NIO系列教程一

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这是我参与11月更文挑战的第5天，活动详情查看：2021最后一次更文挑战

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一、 java NIO概述

1.1 NIO的基本作用

  • 替代java io的一个操作
  • 面向缓冲区也可以基于通道操作
  • 更高效的进行文件的读写操作

1.2 阻塞 IO

读或者写数据的时候，会阻塞直到数据能够正常的读或者写入在传统的方法中，服务器为客户端建立一个线程，这种模式如果线程增加，大量线程会造成服务器的开销，为了解决这种问题，采用了线程池，并设置线程池的上限，但超出线程池的上限的线程就会访问不上

1.3 非阻塞 IO(NIO)

​ 非阻塞指的是 IO 事件本身不阻塞，是获取 IO 事件的 select()方法是需要阻塞等待的，区别是阻塞的 IO 会阻塞在 IO 操作上, NIO 阻塞在事件获取上,没有事件就没有 IO，select()阻塞的时候 IO 还没有发生,何谈 IO 的阻塞。本质是延迟io操作，真正发生io的时候才执行，而不是发生的时候再阻塞。用Selector负责去监听多个通道，注册感兴趣的特定 I/O 事件，之后系统进行通知.

当有读或写等任何注册的事件发生时，可以从 Selector 中获得相应的 SelectionKey，同时从 SelectionKey 中可以找到发生的事件和该事件所发生的具体的 SelectableChannel，以获得客户端发送过来的数据。

IO NIO
面向流 面向缓冲区
阻塞IO 非阻塞IO
无 选择器

1.4 NIO 概述

java NIO 由以下几个核心部分组成，还有其他组件（pipe、filelock）

  • Channel（双向的，既可以用来进行读操作，又可以用来进行写操作） 主要有如下： FileChannel（IO）、DatagramChannel（UDP ）、 SocketChannel （TCP中Server ）和 ServerSocketChannel（TCP中Client）
  • Buffer 主要有如下： ByteBuffer, CharBuffer, DoubleBuffer, FloatBuffer, IntBuffer, LongBuffer, ShortBuffer
  • Selector（处理多个 Channel）

二、Channel

  • 可以进行读取和写入，或者进行读写操作，全双工
  • 操作的数据源可以多种，比如文件、网络socket
  • Channel 用于在字节缓冲区和位于通道另一侧的实体（通常是一个文件或套接字）之间有效地传输数据
  • 从通道读取数据到缓冲区，从缓冲区写入数据到通道

Java NIO 的通道类似流，但又有些不同：

  • 既可以从通道中读取数据，又可以写数据到通道。但流的读写通常是单向的。
  • 通道可以异步地读写。
  • 通道中的数据总是要先读到一个 Buffer，或者总是要从一个 Buffer 中写入

主要是接口实现，不同操作系统不同接口实现，通过代码也可以看到其代码为接口

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java复制代码public interface Channel extends Closeable {

    /**
     * Tells whether or not this channel is open.
     *
     * @return {@code true} if, and only if, this channel is open
     */
    public boolean isOpen();

    /**
     * Closes this channel.
     *
     * <p> After a channel is closed, any further attempt to invoke I/O
     * operations upon it will cause a {@link ClosedChannelException} to be
     * thrown.
     *
     * <p> If this channel is already closed then invoking this method has no
     * effect.
     *
     * <p> This method may be invoked at any time.  If some other thread has
     * already invoked it, however, then another invocation will block until
     * the first invocation is complete, after which it will return without
     * effect. </p>
     *
     * @throws  IOException  If an I/O error occurs
     */
    public void close() throws IOException;

}

实现接口主要有以下几个常用类：

  • FileChannel 从文件中读写数据。
  • DatagramChannel 能通过 UDP 读写网络中的数据。
  • SocketChannel 能通过 TCP 读写网络中的数据。
  • ServerSocketChannel 可以监听新进来的 TCP 连接，像 Web 服务器那样。对每一个新进来的连接都会创建一个 SocketChannel

2.1 FileChannel

主要是文件IO也是最常用的一个类，以下是FileChannel类的核心方法和主要的作用：

Buffer 通常的操作

  1. 将数据写入缓冲区
  2. 调用 buffer.flip() 反转读写模式
  3. 从缓冲区读取数据
  4. 调用 buffer.clear() 或 buffer.compact() 清除缓冲区内容

部分步骤代码展示：

  1. 先打开文件，无法直接打开一个

FileChannel，需要通过使用一个 InputStream、OutputStream 或RandomAccessFile 来获取一个 FileChannel

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java复制代码//创建FileChannel
RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("b://1.txt","rw");
FileChannel channel = aFile.getChannel();
  1. 创建Buffer
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java复制代码ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
  1. 从 FileChannel 读取数据

read()方法返回的 int 值表示了有多少字节被读到了 Buffer 中。如果返回-1，表示到了文件末尾

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java复制代码int bytesRead = channel.read(buf);
  1. FileChannel.write()方法向 FileChannel 写数据，该方法的参数是一个 Buffer。在 while 循环中调用的。因为无法保证 write()方法一次能向 FileChannel 写入多少字节，因此需要重复调用 write()方法，直到 Buffer 中已经没有尚未写入通道的字节。

读数据主要的代码思路步骤是：

  1. 创建一个FileChannel
  2. 创建一个数据缓冲区
  3. 读取数据到缓冲区中
  4. 判断数据是否有，如果有，则取出，判断的依据是获取到的数据是否为-1，取出的数据要先反转读写操作，之后如果数据缓冲区还有，则取出，最后清除数据缓冲区后在判断是否缓冲区还有数据。关闭FileChannel

完整代码展示

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java复制代码public class FileChannelDemo1 {
    //FileChannel读取数据到buffer中
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //创建FileChannel
        RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("d://opencoder.txt","rw");
        FileChannel channel = aFile.getChannel();

        //创建Buffer
        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);

        //读取数据到buffer中
        int bytesRead = channel.read(buf);
        while(bytesRead != -1) {
            System.out.println("读取了："+bytesRead);
            buf.flip();
            while(buf.hasRemaining()) {
                System.out.println((char)buf.get());
            }
            buf.clear();
            bytesRead = channel.read(buf);
        }
        aFile.close();
        System.out.println("结束了");
    }
}

写数据主要代码思路是：

  1. 创建一个FileChannel
  2. 创建一个数据缓冲区
  3. 创建要写入的数据对象，以及清空以下缓冲区（防止出错）
  4. 要写入的数据写入到缓冲区中
  5. 缓冲区读写反转
  6. 判断缓冲区是否有数据，将数据一个一个写入到FileChannel
  7. 关闭FileChannel

完整代码展示：

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java复制代码//FileChanne写操作
public class FileChannelDemo2 {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 打开FileChannel
        RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("d://opencoder.txt","rw");
        FileChannel channel = aFile.getChannel();

        //创建buffer对象
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

        String newData = "manongyanjiuseng";
        buffer.clear();

        //写入内容
        buffer.put(newData.getBytes());

        buffer.flip();

        //FileChannel完成最终实现
        while (buffer.hasRemaining()) {
            channel.write(buffer);
        }

        //关闭
        channel.close();
    }
}

2.2 其他常用方法

  1. position方法

需要在 FileChannel 的某个特定位置进行数据的读/写操作。可以通过调用position()方法获取 FileChannel 的当前位置。也可以通过调用 position(long pos)方法设置 FileChannel 的当前位置

注意这样设置会造成两个后果： 位置如果设置在文件结束符之后，读取数据的文件结束标志返回-1，而且写入数据的时候前面会有间隙，导致文件空洞

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java复制代码long pos = channel.position();
channel.position(pos +404);
  1. size 方法

返回该实例所关联文件的大小
3. truncate 方法

截取一个文件。截取文件时，文件将中指定长度，后面的部分将被删除,而且截取的数据长度是以字节截取
4. force 方法

尚未写入磁盘的数据强制写到磁盘上
5. transferTo 和 transferFrom 方法

进行通道之间的传输注意一个To与From的区别，一个主动一个被动。

以下是transferFrom 的完整代码：

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java复制代码//通道之间数据传输
public class FileChannelDemo3 {

    //transferFrom()
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 创建两个fileChannel
        RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("d://opencoder.txt","rw");
        FileChannel fromChannel = aFile.getChannel();

        RandomAccessFile bFile = new RandomAccessFile("d://opencoder2.txt","rw");
        FileChannel toChannel = bFile.getChannel();

        //fromChannel 传输到 toChannel
        long position = 0;
        long size = fromChannel.size();
        toChannel.transferFrom(fromChannel,position,size);

        aFile.close();
        bFile.close();
        System.out.println("over!");
    }
}

以下是transferTo的完整代码：

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java复制代码//通道之间数据传输
public class FileChannelDemo4 {

    //transferTo()
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 创建两个fileChannel
        RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("d://opencoder1.txt","rw");
        FileChannel fromChannel = aFile.getChannel();

        RandomAccessFile bFile = new RandomAccessFile("d://opencoder2.txt","rw");
        FileChannel toChannel = bFile.getChannel();

        //fromChannel 传输到 toChannel
        long position = 0;
        long size = fromChannel.size();
        fromChannel.transferTo(0,size,toChannel);

        aFile.close();
        bFile.close();
        System.out.println("over!");
    }
}

总结

​ 今天主要给大家介绍的是NIO的基本的概念以及Channel中常用的FileChannel的基本的用法，算是对Channel有一个简单的介绍。下一篇文章我们将详细的为大家介绍其他的常用Channel。

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本文转载自: 掘金

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