java nio(non-blocking io)简介及和io

在 Java1.4之前的I/O系统中,提供的都是面向流的I/O系统,系统一次一个字节地处理数据,一个输入流产生一个字节的数据,一个输出流消费一个字节 的数据,面向流的I/O速度非常慢,而在Java 1.4中推出了NIO,这是一个面向块的I/O系统,系统以块的方式处理处理,每一个操作在一步中产生或者消费一个数据库,按块处理要比按字节处理数据快 的多。

在NIO中有几个核心对象需要掌握:缓冲区(Buffer)、通道(Channel)、选择器(Selector)。

缓冲区Buffer

缓冲区实际上是一个容器对象,更直接的说,其实就是一个数组,在NIO库中,所有数据都是用缓冲区处理的。在读取数据时,它是直接读到缓冲区中的; 在写入数据时,它也是写入到缓冲区中的;任何时候访问 NIO 中的数据,都是将它放到缓冲区中。而在面向流I/O系统中,所有数据都是直接写入或者直接将数据读取到Stream对象中。

在NIO中,所有的缓冲区类型都继承于抽象类Buffer,最常用的就是ByteBuffer,对于Java中的基本类型,基本都有一个具体Buffer类型与之相对应,它们之间的继承关系如下图所示:

java nio(non-blocking io)简介及和io

下面是一个简单的使用IntBuffer的例子:

  1. import java.nio.IntBuffer;
  2. public class TestIntBuffer {
  3. public static void main(String[] args) {
  4. // 分配新的int缓冲区,参数为缓冲区容量
  5. // 新缓冲区的当前位置将为零,其界限(限制位置)将为其容量。它将具有一个底层实现数组,其数组偏移量将为零。
  6. IntBuffer buffer = IntBuffer.allocate(8);
  7. for (int i = 0; i < buffer.capacity(); ++i) {
  8. int j = 2 * (i + 1);
  9. // 将给定整数写入此缓冲区的当前位置,当前位置递增
  10. buffer.put(j);
  11. }
  12. // 重设此缓冲区,将限制设置为当前位置,然后将当前位置设置为0
  13. buffer.flip();
  14. // 查看在当前位置和限制位置之间是否有元素
  15. while (buffer.hasRemaining()) {
  16. // 读取此缓冲区当前位置的整数,然后当前位置递增
  17. int j = buffer.get();
  18. System.out.print(j + "  ");
  19. }
  20. }
  21. }

运行后可以看到:

java nio(non-blocking io)简介及和io

在后面我们还会继续分析Buffer对象,以及它的几个重要的属性。

通道Channel

通道是一个对象,通过它可以读取和写入数据,当然了所有数据都通过Buffer对象来处理。我们永远不会将字节直接写入通道中,相反是将数据写入包含一个或者多个字节的缓冲区。同样不会直接从通道中读取字节,而是将数据从通道读入缓冲区,再从缓冲区获取这个字节。

在NIO中,提供了多种通道对象,而所有的通道对象都实现了Channel接口。它们之间的继承关系如下图所示:

java nio(non-blocking io)简介及和io

使用NIO读取数据

在前面我们说过,任何时候读取数据,都不是直接从通道读取,而是从通道读取到缓冲区。所以使用NIO读取数据可以分为下面三个步骤:
1. 从FileInputStream获取Channel
2. 创建Buffer
3. 将数据从Channel读取到Buffer中

下面是一个简单的使用NIO从文件中读取数据的例子:

  1. import java.io.*;
  2. import java.nio.*;
  3. import java.nio.channels.*;
  4. public class Program {
  5. static public void main( String args[] ) throws Exception {
  6. FileInputStream fin = new FileInputStream("c:\\test.txt");
  7. // 获取通道
  8. FileChannel fc = fin.getChannel();
  9. // 创建缓冲区
  10. ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
  11. // 读取数据到缓冲区
  12. fc.read(buffer);
  13. buffer.flip();
  14. while (buffer.remaining()>0) {
  15. byte b = buffer.get();
  16. System.out.print(((char)b));
  17. }
  18. fin.close();
  19. }
  20. }

使用NIO写入数据

使用NIO写入数据与读取数据的过程类似,同样数据不是直接写入通道,而是写入缓冲区,可以分为下面三个步骤:
1. 从FileInputStream获取Channel
2. 创建Buffer
3. 将数据从Channel写入到Buffer中

下面是一个简单的使用NIO向文件中写入数据的例子:

  1. import java.io.*;
  2. import java.nio.*;
  3. import java.nio.channels.*;
  4. public class Program {
  5. static private final byte message[] = { 83, 111, 109, 101, 32,
  6. 98, 121, 116, 101, 115, 46 };
  7. static public void main( String args[] ) throws Exception {
  8. FileOutputStream fout = new FileOutputStream( "c:\\test.txt" );
  9. FileChannel fc = fout.getChannel();
  10. ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate( 1024 );
  11. for (int i=0; i<message.length; ++i) {
  12. buffer.put( message[i] );
  13. }
  14. buffer.flip();
  15. fc.write( buffer );
  16. fout.close();
  17. }
  18. }

本文介绍了Java NIO中三个核心概念中的两个,并且看了两个简单的示例,分别是使用NIO进行数据的读取和写入,Java NIO中最重要的一块Nonblocking I/O将在第三篇中进行分析,下篇将会介绍Buffer内部实现。

个别参数解释:

position:指定了下一个将要被写入或者读取的元素索引,它的值由get()/put()方法自动更新,在新0

创建一个Buffer对象时,position被初始化为0。

limit:指定还有多少数据需要取出(在从缓冲区写入通道时),或者还有多少空间可以放入数据(在从通道读入缓冲区时)。

capacity:指定了可以存储在缓冲区中的最大数据容量,实际上,它指定了底层数组的大小,或者至少是指定了准许我们使用的底层数组的容量。

以上四个属性值之间有一些相对大小的关系:0 <= position <= limit <= capacity。如果我们创建一个新的容量大小为10的ByteBuffer对象,在初始化的时候,position设置为0,limit和 capacity被设置为10,在以后使用ByteBuffer对象过程中,capacity的值不会再发生变化,而其它两个个将会随着使用而变化。

-------------------------------Channel与io 区别----------------------------------

Channel是一个对象,可以通过它读取和写入数据。拿 NIO 与原来的 I/O 做个比较,通道就像是流,而且他们面向缓冲区的。
正如前面提到的,所有数据都通过 Buffer 对象来处理。您永远不会将字节直接写入通道中,相反,您是将数据写入包含一个或者多个字节的缓冲区。同样,您不会直接从通道中读取字节,而是将数据从通道读入缓冲区,再从缓冲区获取这个字节。
通道与流的不同之处在于通道是双向的。而流只是在一个方向上移动(一个流必须是 InputStream 或者 OutputStream 的子类), 而 通道 可以用于读、写或者同时用于读写。
因为它们是双向的,所以通道可以比流更好地反映底层操作系统的真实情况。特别是在 UNIX 模型中,底层操作系统通道是双向的。
 
 
 
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