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Java NIO 概览

Java NIO包括一下核心组件：

• Channels
• Buffers
• Selectors

Java NIO不止拥有这些类和组件，不过Channel, Buffer 和 Selector组成API的核心部分。其他的组件，例如Pipe和FileLock都是较少使用的工具类，它们一般用来与那三个核心组件合作。因此，在这篇概览中将只关注那三个核心组件。其他组件将在之后进行介绍。

Channels and Buffers

一般来说，所有的NIO中的IO操作都以一个Channel作为开始。Channel有一点像流（stream）。来自Channel中的数组可以被读入Buffer中，数据也可以从Buffer写入到Channel。下面是描述这一过程的插图：

Java NIO: Channel读取数据到Buffer，以及Buffer写入数据到Channel

Java提供了几种Channel和Buffer类型，下面是Java NIO中主要的Channel实现类：

• FileChannel
• DatagramChannel
• SocketChannel
• ServerSocketChannel

如你所见，这些channels包含了UDP TCP网络IO以及文件IO。

还有一些有趣的接口与这些类合作，但是在这篇概览中我尽量保证简单的目的，所以不介绍它们。它们将会在之后的文章中被介绍。

下面是Java NIO中的核心Buffer实现类：

• ByteBuffer
• CharBuffer
• DoubleBuffer
• FloatBuffer
• IntBuffer
• LongBuffer
• ShortBuffer

这些Buffer包含了你可以通过IO发送的基本数据类型：byte, short, int, long, float, double以及characters。

Java NIO还提供了一个MappedByteBuffer，它可以被用来和内存映射文件协作。

Selectors

Selector允许一个线程处理多个Channels。如果你的应用拥有很多打开的连接（Channel），但是在每个连接中只有很少的数据传输，它将会让你能够方便处理。例如，一个聊天服务器。

下面是一个线程使用一个Selector来处理三个Channel的插图：

Java NIO: 一个线程使用一个Selector处理三个Channel

为了使用Selector，你需要将Channel注册到它上面。然后，你需要调用它的select()方法，这个方法将会阻塞直到某一个被注册的Channel的事件就绪。一旦这个方法返回，线程就可以处理这些事件。正在到来的连接，数据已被接受等都可以算是事件。

Java NIO 通道

Java NIO Channel（通道）与流很相似，不过有一些不同之处：

• 你可以同时对Channel进行读取以及写入，而流一般都是单向的（或者读取或者写入）。
• Channel可以异步读取以及写入。
• Channel总是读取到Buffer或者从Buffer中写入。

正如之前所提及的，你可以从buffer中写入数据到Channel中，也可以从Channel中读取数据到Buffer。

Java NIO: Channel读取数据到Buffer，以及Buffer写入数据到Channel

Channel实现

下面是Java NIO中最重要的Channel实现类：

• FileChannel
• DatagramChannel
• SocketChannel
• ServerSocketChannel

FileChannel负责和文件交互，读取或者写入数据到文件。

DatagramChannel可以通过UDP在网络中读取和写入数据。

SocketChannel可以通过TCP在网络中读取和写入数据。

ServerSocketChannel允许你监听将要来到的TCP连接，例如web服务器所做的。对于每一个来临的连接，将会对应创建一个SocketChannel。

基础的Channel示例

下面是使用FileChannel从文件中读取数据到Buffer中的一个例子：

RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile('data/nio-data.txt', 'rw');

FileChannel inChannel = aFile.getChannel();

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

int bytesRead = inChannel.read(buf);

while (bytesRead != -1) {

System.out.println('Read ' bytesRead);

buf.flip();

while(buf.hasRemaining()){

System.out.print((char) buf.get());

}

buf.clear();

bytesRead = inChannel.read(buf);

}

aFile.close();

注意buf.flip()这个调用。首先你读取数据到Buffer中，然后你翻转(flip)它，再从中读取数据。在下一节中我将会介绍更多关于Buffer的细节。

Java NIO缓冲区

Java NIO 缓冲区在与NIO Channels交互时使用。正如你所知道的，数据从channel读取到buffer，并且从buffer写入到channel中。

缓冲区本质上是一块内存，你可以写入数据到里面，之后再从其中读取。这个内存块被包装成一个NIO Buffer对象，它提供了一组方法使得你可以更容易与这个内存块工作。

Buffer基础使用

使用Buffer来读取和写入数据一般遵循下面4步：

1. 写入数据到Buffer
2. 调用buffer.flip()方法
3. 从Buffer读取数据
4. 调用buffer.clear()或者buffer.compact()方法

当你写入数据到缓冲区中时，这个缓冲区将会跟踪你写入了多少数据。一旦你需要读取数据，那么你需要调用flip()方法将缓冲区的状态从写模式切换到读模式。在读模式中，你将可以读取所有之前写入到缓冲区的数据。

一旦你读取了所有数据，你需要清除缓冲区，以使得它可以再次准备写入。你可以通过两种方式完成这个目的：调用clear()或者compact()方法。clear()方法将会清除整个缓冲区，而compact()方法只会清除你已经读取的数据，其他未被读取的数据将会被移动到缓冲区头部，并且现在数据可以在未被读取的数据区域之后写入。

这里有一个简单的Buffer用例，写入，翻转，读取以及清除操作都被包含在其中：

RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile('data/nio-data.txt', 'rw');

FileChannel inChannel = aFile.getChannel();

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

int bytesRead = inChannel.read(buf);

while (bytesRead != -1) {

System.out.println('Read ' bytesRead);

buf.flip();

while(buf.hasRemaining()){

System.out.print((char) buf.get());

}

buf.clear();

bytesRead = inChannel.read(buf);

}

aFile.close();

缓冲区Capacity，Position以及Limit

为了理解缓冲区如何工作，你需要熟悉缓冲区的三个属性。它们是：

• capacity
• position
• limit

position以及limit的意义依赖缓冲区处于读模式还是写模式。capacity的含义只有一个，不管处于什么模式。

下面是关于读写两个模式下capacity，position以及limit的插图：

Java NIO: 读写模式下的缓冲区容量以及下标

Capacity

作为一个内存块，缓冲区拥有某个固定的大小，也被称作容量。你只可以将bytes，longs，chars等写入到缓冲区中。一旦缓冲区被填满，在你写入更多数据前，你需要清空它（读取数据或者清除它）。

Position

当你写入数据到缓冲区时，你将在某一个下标进行写入，初始下标为0。当byte，long等被写入到缓冲区中时，缓冲区的下标将会向前推进直到指向下一个可以插入数据的位置。下标的最大值为capacity - 1。

当你从缓冲区读取数据时，也会从一个给定的下标开始读取。当你将缓冲区的写模式翻转到读模式时，下标将会被重置为0。当你从这个下标读取数据时，下标将会向前推进到下一个要被读取的位置。

Limit

在写模式中，缓冲区的limit表示你可以写入多少数据到缓冲区中。在写模式中，limit等同于capacity。

当处于读模式时，limit意味着你可以从缓冲区中读取多少数据。因此，当翻转缓冲区为读模式时，limit被设置为写模式的写下标。换句话说，你可以读取所有你之前写入的数据（limit被设置为写入的字节数量）。

Buffer类型

Java NIO拥有以下缓冲区类型：

• ByteBuffer
• MappedByteBuffer
• CharBuffer
• DoubleBuffer
• FloatBuffer
• IntBuffer
• LongBuffer
• ShortBuffer

正如你见到的，这些缓冲区类型表示不同的数据类型。换句话说，它们使得你可以在缓冲区中将字节视为char，short，int，long，float或者double。

MappedByteBuffer则有一些特别，它将在之后被介绍。

分配缓冲区

为了获取一个缓冲区对象，你必须先分配它。每一个缓冲区类都拥有一个allocate()方法做这件事，这里是一个展示分配48字节的缓冲区的例子：

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

这里是一个分配1024个字符的缓冲区的例子：

CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(1024);

写入数据到缓冲区

你可以通过两种方式写入数据：

1. 从Channel中写入数据到Buffer
2. 通过缓冲区的put()方法自己写入数据到缓冲区

下面展示Channel如何写入数据到缓冲区：

int bytesRead = inChannel.read(buf); //read into buffer.

下面展示如何通过put()方法写入数据：

buf.put(127);

有许多其他版本的put()方法，允许你以多种不同的方式写入数据。例如，在指定的位置写入或者写入一个数组的字节，查看JavaDoc获取更多信息。

flip()

flip()方法将缓冲区从写模式切换到读模式，调用flip()方法会将pos

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