Java NIO用法 - HelloWorld开发者社区

一：NIO简介

java.nio全称java non-blocking IO，是指jdk1.4 及以上版本提供的新的api（New IO非正式叫法），为所有的原始类型（boolean类型除外）提供缓存支持的数据容器，使用它可以提供非阻塞式的高伸缩性网络。

Java NIO 由以下三个核心部分组成：

Channels：通道
Buffers：缓冲区
Selectors：选择器

1.1 普通IO和NIO区别

Java NIO用法

二：Channel 和 Buffer

基本上，所有的 IO 在NIO 中都从一个Channel 开始。Channel 有点象流，但是和传统流不一样，传统流可以直接读取和写入数据，而通道只能通过缓冲区进行读写，数据可以从Channel读到Buffer中，也可以从Buffer 写到Channel中。这里有个图示：

Java NIO用法

简单理解：Channel负责传输，Buffer负责存储。

JAVA NIO中的一些主要Channel的实现：

FileChannel
DatagramChannel
SocketChannel
ServerSocketChannel

Java NIO里关键的Buffer实现：

ByteBuffer
CharBuffer
DoubleBuffer
FloatBuffer
IntBuffer
LongBuffer
ShortBuffer

三：Selector

Selector允许单线程处理多个 Channel。如果你的应用打开了多个连接（通道），但每个连接的流量都很低，使用Selector就会很方便。例如，在一个聊天服务器中。

这是在一个单线程中使用一个Selector处理3个Channel的图示：

Java NIO用法

要使用Selector，得向Selector注册Channel，然后调用它的select()方法。这个方法会一直阻塞到某个注册的通道有事件就绪。一旦这个方法返回，线程就可以处理这些事件，常见事件有新连接进来，数据接收等。

四：Buffer的使用

Java NIO中的Buffer用于和NIO通道进行交互。如你所知，数据是从通道读入缓冲区，从缓冲区写入到通道中的。

缓冲区本质上是一块可以写入数据，然后可以从中读取数据的内存。这块内存被包装成NIO Buffer对象，并提供了一组方法，用来方便的访问该块内存。

4.1 Buffer的基本用法

使用Buffer读写数据一般遵循以下四个步骤：

写入数据到Buffer
调flip()方法
从Buffer中读取数据
调用clear()方法或者compact()方法

当向buffer写入数据时，buffer会记录下写了多少数据。一旦要读取数据，需要通过flip()方法将Buffer从写模式切换到读模式。在读模式下，可以读取之前写入到buffer的所有数据。

一旦读完了所有的数据，就需要清空缓冲区，让它可以再次被写入。有两种方式能清空缓冲区：调用clear()或compact()方法。clear()方法会清空整个缓冲区。compact()方法只会清除已经读过的数据。任何未读的数据都被移到缓冲区的起始处，新写入的数据将放到缓冲区未读数据的后面。

案例一：使用ByteBuffer

public static void main(String[] args) { //1创建缓冲区 ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(1024); //2向缓冲区中添加内容 buffer.put("helloworld".getBytes()); //3切换为读模式 buffer.flip(); //4获取单个字节 buffer.get(); //5获取多个字节 byte[] data=new byte[buffer.limit()]; buffer.get(data); System.out.println(new String(data)); //6清空缓冲区 buffer.clear(); }

4.2 Buffer的capacity,position和limit

缓冲区本质上是一块可以写入数据，然后可以从中读取数据的内存。这块内存被包装成NIO Buffer对象，并提供了一组方法，用来方便的访问该块内存。

为了理解Buffer的工作原理，需要熟悉它的三个属性：

capacity
position
limit

position和limit的含义取决于Buffer处在读模式还是写模式。不管Buffer处在什么模式，capacity的含义总是一样的。

这里有一个关于capacity，position和limit在读写模式中的说明。

Java NIO用法

capacity

作为一个内存块，Buffer有一个固定的大小值，也叫“capacity”.你只能往里写capacity个byte、long，char等类型。一旦Buffer满了，需要将其清空（通过读数据或者清除数据）才能继续写数据往里写数据。

position

当你写数据到Buffer中时，position表示当前的位置。初始的position值为0.当一个byte、long等数据写到Buffer后， position会向前移动到下一个可插入数据的Buffer单元。position最大可为capacity – 1.

当读取数据时，也是从某个特定位置读。当将Buffer从写模式切换到读模式，position会被重置为0. 当从Buffer的position处读取数据时，position向前移动到下一个可读的位置。

limit

在写模式下，Buffer的limit表示你最多能往Buffer里写多少数据。写模式下，limit等于Buffer的capacity。

当切换Buffer到读模式时， limit表示你最多能读到多少数据。因此，当切换Buffer到读模式时，limit会被设置成写模式下的position值。换句话说，你能读到之前写入的所有数据（limit被设置成已写数据的数量，这个值在写模式下就是position）

Buffer的分配

要想获得一个Buffer对象首先要进行分配。每一个Buffer类都有一个allocate方法。下面是一个分配48字节capacity的ByteBuffer的例子。

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);//创建缓冲区，大小为1024个字节

向Buffer中写数据

写数据到Buffer有两种方式：

从Channel写到Buffer。后面案例使用
通过Buffer的put()方法写到Buffer里。

从Channel写到Buffer的例子

通过put方法写Buffer的例子：

buf.put(127);

put方法有很多版本，允许你以不同的方式把数据写入到Buffer中。例如，写到一个指定的位置，或者把一个字节数组写入到Buffer。更多Buffer实现的细节参考JavaDoc。

flip()方法

flip方法将Buffer从写模式切换到读模式。调用flip()方法会将position设回0，并将limit设置成之前position的值。

换句话说，position现在用于标记读的位置，limit表示之前写进了多少个byte、char等 —— 现在能读取多少个byte、char等。

从Buffer中读取数据

从Buffer中读取数据有两种方式：

从Buffer读取数据到Channel。后面案例使用
使用get()方法从Buffer中读取数据。

从Buffer读取数据到Channel的例子：

使用get()方法从Buffer中读取数据的例子

byte aByte = buf.get();

get方法有很多版本，允许你以不同的方式从Buffer中读取数据。例如，从指定position读取，或者从Buffer中读取数据到字节数组。更多Buffer实现的细节参考JavaDoc。

rewind()方法

Buffer.rewind()将position设回0，所以你可以重读Buffer中的所有数据。limit保持不变，仍然表示能从Buffer中读取多少个元素（byte、char等）。

clear()与compact()方法

一旦读完Buffer中的数据，需要让Buffer准备好再次被写入。可以通过clear()或compact()方法来完成。

如果调用的是clear()方法，position将被设回0，limit被设置成 capacity的值。换句话说，Buffer 被清空了。Buffer中的数据并未清除，只是这些标记告诉我们可以从哪里开始往Buffer里写数据。

如果Buffer中有一些未读的数据，调用clear()方法，数据将“被遗忘”，意味着不再有任何标记会告诉你哪些数据被读过，哪些还没有。

如果Buffer中仍有未读的数据，且后续还需要这些数据，但是此时想要先先写些数据，那么使用compact()方法。

compact()方法将所有未读的数据拷贝到Buffer起始处。然后将position设到最后一个未读元素正后面。limit属性依然像clear()方法一样，设置成capacity。现在Buffer准备好写数据了，但是不会覆盖未读的数据。

mark()与reset()方法

通过调用Buffer.mark()方法，可以标记Buffer中的一个特定position。之后可以通过调用Buffer.reset()方法恢复到这个position。例如：

buffer.mark(); //添加标记buffer.reset();//恢复到标记位置

五：FileChannel的使用

Java NIO中的FileChannel是一个连接到文件的通道。可以通过文件通道读写文件。

FileChannel无法设置为非阻塞模式，它总是运行在阻塞模式下。

5.1打开FileChannel

在使用FileChannel之前，必须先打开它。但是，我们无法直接打开一个FileChannel，需要通过使用一个InputStream、OutputStream或RandomAccessFile来获取一个FileChannel实例。下面是通过RandomAccessFile打开FileChannel的示例：

RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("data/nio-data.txt", "rw"); FileChannel inChannel = aFile.getChannel();

5.2从FileChannel读取数据

调用多个read()方法之一从FileChannel中读取数据。如：

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);int bytesRead = inChannel.read(buf);

首先，分配一个Buffer。从FileChannel中读取的数据将被读到Buffer中。

然后，调用FileChannel.read()方法。该方法将数据从FileChannel读取到Buffer中。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。

5.3 向FileChannel写数据

使用FileChannel.write()方法向FileChannel写数据，该方法的参数是一个Buffer。如：

String newData = "New String to write to file..." + System.currentTimeMillis(); ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48); buf.clear(); buf.put(newData.getBytes()); buf.flip();while(buf.hasRemaining()) { channel.write(buf); }

注意FileChannel.write()是在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。

5.4 关闭FileChannel

用完FileChannel后必须将其关闭。如：

channel.close();

六：案例

6.1写入文本文件

//1创建 FileOutputStreamFileOutputStream fos=new FileOutputStream("d:\out.txt"); //2获取通道 FileChannel outChannel = fos.getChannel(); //3创建缓冲区 ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(1024); //4向缓冲区中放入数据 buffer.put("hello world".getBytes()); //5写入 buffer.flip(); outChannel.write(buffer); //6关闭 outChannel.close(); System.out.println("写入完毕");

6.2读取文本文件

//1创建 FileInputStreamFileInputStream fis=new FileInputStream("d:\out.txt"); //2创建通道 FileChannel inChannel = fis.getChannel(); //3创建缓冲区 ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(1024); int len=inChannel.read(buffer); System.out.println(len); //4处理数据 buffer.flip(); String data=new String(buffer.array(),0,len); System.out.println(data); //5关闭 inChannel.close();

6.3复制图片

//1创建通道 FileChannel inChannel = FileChannel.open(Paths.get("d:\003.jpg"),StandardOpenOption.READ); FileChannel outChannel=FileChannel.open(Paths.get("d:\haha.jpg"),StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.CREATE); //2创建缓冲区 ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocateDirect(1024); int len=0; //3复制 while((len=inChannel.read(buffer))!=-1){ buffer.flip(); outChannel.write(buffer); buffer.clear(); } //4关闭 inChannel.close(); outChannel.close(); System.out.println("复制完毕");

6.4使用内存映射文件复制大文件

//1创建通道 FileChannel inChannel = new RandomAccessFile("d:\01.wav", "r").getChannel(); FileChannel outChannel=new RandomAccessFile("d:\02.wav", "rw").getChannel(); //2使用内存映射缓冲区 MappedByteBuffer map = inChannel.map(MapMode.READ_ONLY, 0,inChannel.size()); outChannel.write(map); //3关闭 inChannel.close(); outChannel.close(); System.out.println("复制完毕"); System.out.println(inChannel.getClass().toString());

注意：如果文件超过2G,需要分多个文件映射。

操作实例：

package nio;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.RandomAccessFile;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.MappedByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.channels.FileChannel.MapMode;
import java.nio.file.Paths;
import java.nio.file.StandardOpenOption;

public class NioBufferTest {
   public static void main(String[] args) throws IOException {
//       byteBuffer();
//       fileChannelRead();
       fileChannelCopy();
//       fileChannelCopyByMap();
   }
   //1.6G文件内存映射复制平均时间20秒
   private static void fileChannelCopyByMap() throws IOException{
       long time1=System.currentTimeMillis();
       System.out.println("开始复制："+time1);
       //1创建通道
       FileChannel fileChannelRead=new RandomAccessFile("F:\\视频教学\\爱一个人需要一万个理由，学习Nginx只需要一个.mp4", "r").getChannel();
       FileChannel fileChannelWrite=new RandomAccessFile("F:\\视频教学\\copy1.mp4", "rw").getChannel();
       //2使用内存映射缓冲区
       MappedByteBuffer map = fileChannelRead.map(MapMode.READ_ONLY, 0,fileChannelRead.size());
       fileChannelWrite.write(map);
       fileChannelRead.close();
       fileChannelWrite.close();
       long time2=System.currentTimeMillis();
       System.out.println("复制完毕"+time2);
       System.out.println("用时"+(time2-time1)/1000+"秒");

   }


   private static void fileChannelCopy() throws IOException{
       long time1=System.currentTimeMillis();
       System.out.println("开始复制："+time1);
       FileChannel fileChannelRead =FileChannel.open(Paths.get("F:\\视频教学\\爱一个人需要一万个理由，学习Nginx只需要一个.mp4"), StandardOpenOption.READ);
       FileChannel fileChannelWrite =FileChannel.open(Paths.get("F:\\视频教学\\copy1.mp4"), StandardOpenOption.WRITE,StandardOpenOption.CREATE);
       ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(1024);
       int len=0;
       /*//1.6G文件复制平均时间11秒
       while((len=fileChannelRead.read(buffer))!=-1){
           buffer.flip();
           fileChannelWrite.write(buffer);
           buffer.clear();
       }*/

       //1.6G文件复制，平均三次用时21秒
       MappedByteBuffer map = fileChannelRead.map(MapMode.READ_ONLY, 0,fileChannelRead.size());
       fileChannelWrite.write(map);
       fileChannelRead.close();
       fileChannelWrite.close();
       long time2=System.currentTimeMillis();
       System.out.println("复制完毕"+time2);
       System.out.println("用时"+(time2-time1)/1000+"秒");
   }
   private static void fileChannelRead() throws IOException {
       FileInputStream fis=new FileInputStream("D://购车指南.txt");
       FileChannel fileChannel=fis.getChannel();
       ByteBuffer byteBuffer=ByteBuffer.allocate(17);
       int len=fileChannel.read(byteBuffer);
       System.out.println(len);
       byteBuffer.flip();
       String data=new String(byteBuffer.array(),0,len);
       System.out.println(data);
       fileChannel.close();

   }
   private static void fileChannelWrite() throws IOException{
       FileOutputStream fileOutputStream=new FileOutputStream("D://购车指南.txt");
       FileChannel fileChannel=fileOutputStream.getChannel();
       ByteBuffer byteBuffer=ByteBuffer.allocate(48);
       byteBuffer.put("guolizhi郭立志".getBytes());
       byteBuffer.flip();
       fileChannel.write(byteBuffer);
       fileChannel.close();
       System.out.println("写入完毕");
   }
   private static void byteBuffer(){
       //1创建缓冲区
       ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(1024);
       //2向缓冲区中添加内容
       buffer.put("helloworld".getBytes());
       //3切换为读模式
       buffer.flip();
       //4获取多个字节
       byte[] data=new byte[buffer.limit()];
       buffer.get(data);
       System.out.println(new String(data));
       //6清空缓冲区
       buffer.clear();
   }
}

Java synchronized同步关键字背后的原理与源码实现

手撕Java线程池源码

热门文章