Java--初识NIO

原 作者 董恒毅 | 发表于 | 分类于 2015级

NIO（New IO）顾名思义，即使高级的输入/输出处理API。

NIO概述

InputStream和OutputStream的输入/输出，基本上是以字节为单位进行处理的，而且是整块数据读入后又整块数据写出，比如：

public void dump(InputStream src, OutputStream dest) throws IOException{
    try(InputStream input = src; OutputStream output = dest){
        byte[] data = new byte[1024];
        int length;

        while((length = input.read(data)) != -1){
            output.write(data, 0, length);
        }
    }
}

相对于用InputStream和OutputStream来衔接数据源与目的地，NIO使用频道（channel）来衔接数据的节点，在处理数据的时候，NIO可以让我们设定缓冲区的容量，在缓冲区中对感兴趣的区块进行标记，像是标记读取位置，数据有效位置，对于这些区块标记，提供了clear(), rewind(), flip(), compact()等高级操作。我们使用NIO来将上面的代码改写一下：

public static void dump(ReadableByteChannel src, WritableByteChannel dest)
            throws IOException{
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);

        try (ReadableByteChannel readableByteChannel = src;
             WritableByteChannel writableByteChannel = dest){
            while(readableByteChannel.read(byteBuffer) != -1){
                //标记byteBuffer读入数据所在的区域
                byteBuffer.flip();

                writableByteChannel.write(byteBuffer);

                //清除byteBuffer中的标记
                byteBuffer.clear();
            }
        }
    }

对于上面的代码，我们在了解相关API之后就会明白。

Channel架构与操作

Channel是AutoCloseable的子接口，我们先来看一下Channel的继承架构：
这里写图片描述
ByteChannel中没有定义任何方法，单纯的继承了ReadableByteChannel与WritableByteChannel的行为，ByteChannel的子接口SeekableByteChannel可以读取与改变下一个要存取数据的位置。

Channel的操作类都是抽象类，不能直接实例化，想要取得Channel的操作对象，可以使用Channels类，前面定义了静态方法newChannel()，可以让你从InputStream和OutputStream分别建立ReadableByteChannel与WritableByteChannel，有些InputStream和OutputStream实例本身也有方法可以取得Channel实例，举例来说，FileInputStream，FileOutputStream都有个getChannel方法可以分别取得FileChannel实例。

如果你已经有了相关的Channel实例，也可以通过Channels上其他的new×××（）静态方法，得到InputStream，OutputStream，Reader，Writer实例。

Buffer架构与操作

在NIO设计中，数据都是在java.nio.Buffer中处理，Buffer是个抽象类，定义了clear(), flip(), reset(), rewind()等对数据区块的高级操作。
这里写图片描述

容量，界限与存取位置

根据不同的数据类型处理需求，你可以选择不同的buffer子类，他们都是抽象类，不能直接实例化，然而Buffer的直接子类们都有一个allocate()静态方法，可以让我们指定Buffer的容量，如果是ByteBuffer，容量是指内部操作时使用的byte[]长度，如果是Charbuffer，则是char[]长度，FloatBuffer则是float[]长度，以此类推。Buffer容量的大小可以使用capacity方法取得，如果想取的Buffer内部的数组，可以使用array方法，如果我们有一个数组想要转为某个Buffer子类实例，每个Buffer子类实例都有wrap静态方法可以提供这项服务。

对于ByteBuffer还有一个allocateDirect方法，相对于allocate方法配置的内存是由JVM管理，它会利用操作系统的原生I/O操作，具体差异大家有兴趣可以去学习，想要知道Buffer是否为直接配置，可以通过isDirect方法得知。

Buffer是个容器，你填装的数据不会超过它的容量，实际可读取或写入的数据界限索引值可以由limit()方法得知或设定，举例来说，容量为1024字节的ByteBuffer，ReadableByteChannel对其写入了512字节，那么limit方法应该设定512，至于下一个可读取数据的位置索引值，可以使用position方法得知或设定。

clear(), flip()与rewind()

Buffer的操作可以先从clear(), flip()与rewind()开始认识，当一个缓冲区刚被配置好或调用clear方法之后，limit()等于capacity(), position()会是0，如果ReadableByteChannel对ByteBuffer写入了16字节，那么position()就是16.

现在如果要对ByteBuffer中已写入的16字节进行读取，position必须为0，limit必须为16，所以我们可以使用buffer.position(0), buffer.limit(16)来完成这项任务，但是我们直接调用flip方法，它可以将limit的值设为position的目前值，而position的值设为0.

现在我相信大家对于之前的程序已经完全明白了。

顺便给大家贴上完整的范例：

public class NIOUtil {
    public static void dump(ReadableByteChannel src, WritableByteChannel dest)
            throws IOException{
        try (ReadableByteChannel readableByteChannel = src;
             WritableByteChannel writableByteChannel = dest){
            ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);

            while(readableByteChannel.read(byteBuffer) != -1){
                byteBuffer.flip();
                writableByteChannel.write(byteBuffer);
                byteBuffer.clear();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception{
        URL url = new URL("https://www.baidu.com");

        //得到输入源，使用Channels的静态方法创建输入流
        ReadableByteChannel src = Channels.newChannel(url.openStream());
        //得到输出源，使用Channels的静态方法创建输出流
        WritableByteChannel dest = new FileOutputStream("index.html").getChannel();
        //FileChannel dest = new FileOutputStream("index.html").getChannel();

        NIOUtil.dump(src, dest);
    }
}

调用rewind()，会将position设置为0，但limit不变，这通常用在想要重复读取Buffer中某段数据时使用，作用相当于单独调用Buffer的position(0)方法。

mark(), reset(), remaining()

Buffer上还有个mark方法，可以在目前position上标记，在存取Buffer之后，若调用了reset方法，会将那个position设回被mark标记的位置。position与limit之间为剩余可存取的资料，可以使用remaining得知还有多少长度，使用hasRemaining可以测试是否还有剩余可存取的数据。