Java NIO（一）：Channel 与 Buffer

待我称王封你为后i 2021-09-12 04:12 230阅读 0赞

## Java NIO 概述 ##

*  **Java NIO 是 Java4 之后提供的一种带缓冲区、非阻塞 IO、且是双向通信的，数据是从通道到缓冲区，或从缓冲区到通道**
 *  它由 Channel、Buffer、Selector 这几个部分构成了核心的 API

### Java IO 与 NIO 区别 ###

*  Java IO：
    
     *  面向流、阻塞IO、单向通信
     *  从流中读取一个或多个字节、直至读取所有字节、它不能移动流中的数据
     *  优点：如果连接少，他的延迟是最低的，因为一个线程只处理一个连接，适用于少连接且延迟低的场景，比如说数据库连接
 *  JavaNIO：
    
     *  面向缓冲、非阻塞IO、选择器、双向通信
     *  将数据读取到一个缓冲区，需要时可以在缓冲区前后移动，增加灵活性
     *  优点：阻塞业务处理但不阻塞数据接收，如果是需要管理同时成千上万个连接，这些连接每次只发送少量数据，如聊天室，适用于高并发且处理简单的场景
     *  缺点：NIO 可以使用一个或几个单线程管理多个通道（网络连接），但付出的代价是解析数据可能会比从一个阻塞流中读取数据更复杂

## Channel（通道） ##

*  Channel 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
 *  Channel 是通道的高层接口，其有几个实现类：
    
     *  **FileChannel**：从文件中读写数据，但无法设置为非阻塞模式
     *  **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

## Buffer（缓冲区） ##

*  **缓冲区本质上是一块可以读写数据的内存**，这块内存被包装成了 NIO 的 Buffer 对象，并提供一组方法，用来方便的访问该块内存。
 *  数据是从通道读入缓冲区，从缓冲区写入到通道中的
 *  Buffer 是缓冲区的高层接口，其有几个实现类：
    
     *  **ByteBuffer**、**MappedByteBuffer**、**CharBuffer**、**DoubleBuffer**
     *  **FloatBuffer**、**IntBuffer**、**LongBuffer**、**ShortBuffer**
 *  通过 allocate 方法分配一个指定大小的 Buffer

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
    CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(1024);

*  新创建的 Buffer 为写模式，向 Buffer 中写数据有两种方式：
    
     *  从 Channel 写到 Buffer
    
        int bytesRead = inChannel.read(buf);
    
     *  通过 put 方法写到 Buffer
    
        buf.put(127);
 *  在写模式下调用 flip() 时 Buffer 切换为读模式，从 Buffer 中读数据有两种方式：
    
     *  从Buffer读取数据到Channel
    
        int bytesWritten = inChannel.write(buf);
    
     *  通过 get 方法从 Buffer 中读取数据
    
        byte aByte = buf.get();
 *  常用方法：
    
     *  **flip()**：翻转缓冲区，切换输入/输出模式
    
        buf.put("header ".getBytes());    // 往缓冲区输入数据
        in.read(buf);      // 将数据从从通道读入缓冲区
        buf.flip();        // 翻转缓冲区
        out.write(buf);    // 输出缓冲区数据写入到通道
    
     *  **rewind()**：将 position 设回 0，所以可以重读 Buffer 中所有数据
     *  **clear()**：清空缓冲区，Buffer 切换回写模式，将 position 设回 0，但实际上 Buffer 中的数据并未被清除，只是标记回 0 后新写入的数据会覆盖原来的数据
     *  **compact()**：清除已读过的数据，未读的数据会被移至缓冲区起始处，Buffer 切换回写模式，新写入的数据将从缓冲区未读数据后面写入
     *  **mark()**：标记 Buffer 中一个特定的 position，之后可通过 reset() 方法恢复到这个 position
     *  **equals()**：比较两个 Buffer 是否相同
        
         *  它必须有相同的类型（int、byte 等）
         *  Buffer 中剩余的 byte、char 等个数相同
         *  Buffer 中所有剩余的 byte、char 等都相同
     *  **compareTo()**：比较两个 Buffer 大小，如满足以下条件则认为一个 Buffer 小于另一个 Buffer
        
         *  第一个不相等的元素小于另一个 Buffer 中对应的元素
         *  所有元素都相等，第一个 Buffer 剩余的空间小于第二个 Buffer

### Buffer 的 capacity，position 和 limit ###

*  Buffer 包含了三个属性：
    
     *  **capacity**：
        
         *  代表 Buffer 的容量大小
         *  一旦 Buffer 满了就需要将其清空（通过读取数据或清除数据）才能继续往缓冲区里写数据
     *  **position**：
        
         *  当写数据到Buffer中时 position 表示当前的位置，初始值为 0，最大值为 capacity - 1，每写入一个 byte、long 等数据时 position 会下移到下一个可写的 Buffer 单元
         *  当切换 Buffer 为读数据时，position 会被重置为 0，每读入一个 byte、long 等数据时下移到下一个可读的位置
     *  **limit**：
        
         *  在写模式下，limit 表示最多能写入多少数据，等于 capacity
         *  在读模式下，limit 表示最多能读到多少数据，等于于写模式下的 position 值

### 示例 ###

*  使用 Buffer 读写数据一般遵循以下四个步骤：
    
     *  输入数据到 Buffer
     *  调用 flip() 翻转缓冲区为输出模式
     *  将 Buffer 中数据输出
     *  调用 clear() 方法或者 compact() 方法清空缓冲区

> 可以通过 RandomAccessFile 对象的 getChannel 方法获取 Channel，因为数据无论如何变化终究还是以字节形式存储

try (RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile("/Users/linyuan/Documents/字目录.txt", "rw")) {
        // 获取通道 Channel
        FileChannel fileChannel = raf.getChannel();
        // 创建缓冲区 Buffer
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(52);
        // 将通道的数据读入缓冲区
        int bytesRead = fileChannel.read(byteBuffer);
        while (bytesRead != -1) {
            // 切换缓冲区模式
            byteBuffer.flip();
            // 读取缓冲区字节
            while (byteBuffer.hasRemaining()) {
                System.out.print((char) byteBuffer.get());
            }
            byteBuffer.clear();
            bytesRead = fileChannel.read(byteBuffer);
        }
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    }