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Java NIO 系列教程

發(fā)布時(shí)間：2025/4/16 java 70 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 Java NIO 系列教程小編覺(jué)得挺不錯(cuò)的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個(gè)參考.

Java NIO（New IO）是從Java 1.4版本開(kāi)始引入的一個(gè)新的IO API，可以替代標(biāo)準(zhǔn)的Java IO API。本系列教程將有助于你學(xué)習(xí)和理解Java NIO。

Java NIO提供了與標(biāo)準(zhǔn)IO不同的IO工作方式：

Channels and Buffers（通道和緩沖區(qū)）：標(biāo)準(zhǔn)的IO基于字節(jié)流和字符流進(jìn)行操作的，而NIO是基于通道（Channel）和緩沖區(qū)（Buffer）進(jìn)行操作，數(shù)據(jù)總是從通道讀取到緩沖區(qū)中，或者從緩沖區(qū)寫(xiě)入到通道中。
Asynchronous IO（異步IO）：Java NIO可以讓你異步的使用IO，例如：當(dāng)線程從通道讀取數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)時(shí)，線程還是可以進(jìn)行其他事情。當(dāng)數(shù)據(jù)被寫(xiě)入到緩沖區(qū)時(shí)，線程可以繼續(xù)處理它。從緩沖區(qū)寫(xiě)入通道也類似。
Selectors（選擇器）：Java NIO引入了選擇器的概念，選擇器用于監(jiān)聽(tīng)多個(gè)通道的事件（比如：連接打開(kāi)，數(shù)據(jù)到達(dá)）。因此，單個(gè)的線程可以監(jiān)聽(tīng)多個(gè)數(shù)據(jù)通道。

下面就來(lái)詳細(xì)介紹Java NIO的相關(guān)知識(shí)。

1. Java NIO 概述

Java NIO 由以下幾個(gè)核心部分組成：

Channels
Buffers
Selectors

雖然Java NIO 中除此之外還有很多類和組件，但在我看來(lái)，Channel，Buffer 和 Selector 構(gòu)成了核心的API。其它組件，如Pipe和FileLock，只不過(guò)是與三個(gè)核心組件共同使用的工具類。因此，在概述中我將集中在這三個(gè)組件上。其它組件會(huì)在單獨(dú)的章節(jié)中講到。

1.1 Channel 和 Buffer

基本上，所有的 IO 在NIO 中都從一個(gè)Channel 開(kāi)始。Channel 有點(diǎn)象流。數(shù)據(jù)可以從Channel讀到Buffer中，也可以從Buffer 寫(xiě)到Channel中。這里有個(gè)圖示：

Channel和Buffer有好幾種類型。下面是JAVA NIO中的一些主要Channel的實(shí)現(xiàn)：

FileChannel
DatagramChannel
SocketChannel
ServerSocketChannel

正如你所看到的，這些通道涵蓋了UDP 和 TCP 網(wǎng)絡(luò)IO，以及文件IO。

與這些類一起的有一些有趣的接口，但為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，我盡量在概述中不提到它們。本教程其它章節(jié)與它們相關(guān)的地方我會(huì)進(jìn)行解釋。

以下是Java NIO里關(guān)鍵的Buffer實(shí)現(xiàn)：

ByteBuffer
CharBuffer
DoubleBuffer
FloatBuffer
IntBuffer
LongBuffer
ShortBuffer

這些Buffer覆蓋了你能通過(guò)IO發(fā)送的基本數(shù)據(jù)類型：byte，short，int，long，float，double 和 char

Java NIO 還有個(gè) Mappedyteuffer，用于表示內(nèi)存映射文件，我也不打算在概述中說(shuō)明。

1.2 Selector

Selector允許單線程處理多個(gè) Channel。如果你的應(yīng)用打開(kāi)了多個(gè)連接（通道），但每個(gè)連接的流量都很低，使用Selector就會(huì)很方便。例如，在一個(gè)聊天服務(wù)器中。

這是在一個(gè)單線程中使用一個(gè)Selector處理3個(gè)Channel的圖示：

要使用Selector，得向Selector注冊(cè)Channel，然后調(diào)用它的select()方法。這個(gè)方法會(huì)一直阻塞到某個(gè)注冊(cè)的通道有事件就緒。一旦這個(gè)方法返回，線程就可以處理這些事件，事件的例子有如新連接進(jìn)來(lái)，數(shù)據(jù)接收等。

2. Java NIO vs IO

當(dāng)學(xué)習(xí)了Java NIO和IO的API后，一個(gè)問(wèn)題馬上涌入腦海：

我應(yīng)該何時(shí)使用IO，何時(shí)使用NIO呢？在本文中，我會(huì)盡量清晰地解析Java NIO和IO的差異、它們的使用場(chǎng)景，以及它們?nèi)绾斡绊懩拇a設(shè)計(jì)。

2.1 Java NIO和IO的主要區(qū)別

下表總結(jié)了Java NIO和IO之間的主要差別，我會(huì)更詳細(xì)地描述表中每部分的差異。

IONIO

Stream oriented	Buffer oriented
Blocking IO	Non blocking IO
	Selectors

2.2 面向流與面向緩沖

Java NIO和IO之間第一個(gè)最大的區(qū)別是，IO是面向流的，NIO是面向緩沖區(qū)的。 Java IO面向流意味著每次從流中讀一個(gè)或多個(gè)字節(jié)，直至讀取所有字節(jié)，它們沒(méi)有被緩存在任何地方。此外，它不能前后移動(dòng)流中的數(shù)據(jù)。如果需要前后移動(dòng)從流中讀取的數(shù)據(jù)，需要先將它緩存到一個(gè)緩沖區(qū)。 Java NIO的緩沖導(dǎo)向方法略有不同。數(shù)據(jù)讀取到一個(gè)它稍后處理的緩沖區(qū)，需要時(shí)可在緩沖區(qū)中前后移動(dòng)。這就增加了處理過(guò)程中的靈活性。但是，還需要檢查是否該緩沖區(qū)中包含所有您需要處理的數(shù)據(jù)。而且，需確保當(dāng)更多的數(shù)據(jù)讀入緩沖區(qū)時(shí)，不要覆蓋緩沖區(qū)里尚未處理的數(shù)據(jù)。

2.3 阻塞與非阻塞IO

Java IO的各種流是阻塞的。這意味著，當(dāng)一個(gè)線程調(diào)用read() 或 write()時(shí)，該線程被阻塞，直到有一些數(shù)據(jù)被讀取，或數(shù)據(jù)完全寫(xiě)入。該線程在此期間不能再干任何事情了。 Java NIO的非阻塞模式，使一個(gè)線程從某通道發(fā)送請(qǐng)求讀取數(shù)據(jù)，但是它僅能得到目前可用的數(shù)據(jù)，如果目前沒(méi)有數(shù)據(jù)可用時(shí)，就什么都不會(huì)獲取。而不是保持線程阻塞，所以直至數(shù)據(jù)變的可以讀取之前，該線程可以繼續(xù)做其他的事情。非阻塞寫(xiě)也是如此。一個(gè)線程請(qǐng)求寫(xiě)入一些數(shù)據(jù)到某通道，但不需要等待它完全寫(xiě)入，這個(gè)線程同時(shí)可以去做別的事情。線程通常將非阻塞IO的空閑時(shí)間用于在其它通道上執(zhí)行IO操作，所以一個(gè)單獨(dú)的線程現(xiàn)在可以管理多個(gè)輸入和輸出通道（channel）。

2.4 選擇器（Selectors）

Java NIO的選擇器允許一個(gè)單獨(dú)的線程來(lái)監(jiān)視多個(gè)輸入通道，你可以注冊(cè)多個(gè)通道使用一個(gè)選擇器，然后使用一個(gè)單獨(dú)的線程來(lái)“選擇”通道：這些通道里已經(jīng)有可以處理的輸入，或者選擇已準(zhǔn)備寫(xiě)入的通道。這種選擇機(jī)制，使得一個(gè)單獨(dú)的線程很容易來(lái)管理多個(gè)通道。

2.5 NIO和IO如何影響應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)

無(wú)論您選擇IO或NIO工具箱，可能會(huì)影響您應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的以下幾個(gè)方面：

對(duì)NIO或IO類的API調(diào)用
數(shù)據(jù)處理
用來(lái)處理數(shù)據(jù)的線程數(shù)

2.5.1 API調(diào)用

當(dāng)然，使用NIO的API調(diào)用時(shí)看起來(lái)與使用IO時(shí)有所不同，但這并不意外，因?yàn)椴⒉皇莾H從一個(gè)InputStream逐字節(jié)讀取，而是數(shù)據(jù)必須先讀入緩沖區(qū)再處理。

2.5.2 數(shù)據(jù)處理

使用純粹的NIO設(shè)計(jì)相較IO設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)處理也受到影響。

在IO設(shè)計(jì)中，我們從InputStream或 Reader逐字節(jié)讀取數(shù)據(jù)。假設(shè)你正在處理一基于行的文本數(shù)據(jù)流，例如：

該文本行的流可以這樣處理：

InputStream input = … ; // get the InputStream from the client socket BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(input)); String nameLine = reader.readLine(); String ageLine = reader.readLine(); String emailLine = reader.readLine(); String phoneLine = reader.readLine();

請(qǐng)注意處理狀態(tài)由程序執(zhí)行多久決定。換句話說(shuō)，一旦reader.readLine()方法返回，你就知道肯定文本行就已讀完， readline()阻塞直到整行讀完，這就是原因。你也知道此行包含名稱；同樣，第二個(gè)readline()調(diào)用返回的時(shí)候，你知道這行包含年齡等。正如你可以看到，該處理程序僅在有新數(shù)據(jù)讀入時(shí)運(yùn)行，并知道每步的數(shù)據(jù)是什么。一旦正在運(yùn)行的線程已處理過(guò)讀入的某些數(shù)據(jù)，該線程不會(huì)再回退數(shù)據(jù)（大多如此）。下圖也說(shuō)明了這條原則：

而一個(gè)NIO的實(shí)現(xiàn)會(huì)有所不同，下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的例子：

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

注意第二行，從通道讀取字節(jié)到ByteBuffer。當(dāng)這個(gè)方法調(diào)用返回時(shí)，你不知道你所需的所有數(shù)據(jù)是否在緩沖區(qū)內(nèi)。你所知道的是，該緩沖區(qū)包含一些字節(jié)，這使得處理有點(diǎn)困難。

假設(shè)第一次 read(buffer)調(diào)用后，讀入緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)只有半行，例如，“Name:An”，你能處理數(shù)據(jù)嗎？顯然不能，需要等待，直到整行數(shù)據(jù)讀入緩存，在此之前，對(duì)數(shù)據(jù)的任何處理毫無(wú)意義。

所以，你怎么知道是否該緩沖區(qū)包含足夠的數(shù)據(jù)可以處理呢？好了，你不知道。發(fā)現(xiàn)的方法只能查看緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)。其結(jié)果是，在你知道所有數(shù)據(jù)都在緩沖區(qū)里之前，你必須檢查幾次緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)。這不僅效率低下，而且可以使程序設(shè)計(jì)方案雜亂不堪。例如：

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48); int bytesRead = inChannel.read(buffer); while(! bufferFull(bytesRead) ) { bytesRead = inChannel.read(buffer); }

bufferFull()方法必須跟蹤有多少數(shù)據(jù)讀入緩沖區(qū)，并返回真或假，這取決于緩沖區(qū)是否已滿。換句話說(shuō)，如果緩沖區(qū)準(zhǔn)備好被處理，那么表示緩沖區(qū)滿了。

bufferFull()方法掃描緩沖區(qū)，但必須保持在bufferFull()方法被調(diào)用之前狀態(tài)相同。如果沒(méi)有，下一個(gè)讀入緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)可能無(wú)法讀到正確的位置。這是不可能的，但卻是需要注意的又一問(wèn)題。

如果緩沖區(qū)已滿，它可以被處理。如果它不滿，并且在你的實(shí)際案例中有意義，你或許能處理其中的部分?jǐn)?shù)據(jù)。但是許多情況下并非如此。下圖展示了“緩沖區(qū)數(shù)據(jù)循環(huán)就緒”：

2.6 總結(jié)

NIO可讓您只使用一個(gè)（或幾個(gè)）單線程管理多個(gè)通道（網(wǎng)絡(luò)連接或文件），但付出的代價(jià)是解析數(shù)據(jù)可能會(huì)比從一個(gè)阻塞流中讀取數(shù)據(jù)更復(fù)雜。

如果需要管理同時(shí)打開(kāi)的成千上萬(wàn)個(gè)連接，這些連接每次只是發(fā)送少量的數(shù)據(jù)，例如聊天服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)NIO的服務(wù)器可能是一個(gè)優(yōu)勢(shì)。同樣，如果你需要維持許多打開(kāi)的連接到其他計(jì)算機(jī)上，如P2P網(wǎng)絡(luò)中，使用一個(gè)單獨(dú)的線程來(lái)管理你所有出站連接，可能是一個(gè)優(yōu)勢(shì)。一個(gè)線程多個(gè)連接的設(shè)計(jì)方案如下圖所示：

如果你有少量的連接使用非常高的帶寬，一次發(fā)送大量的數(shù)據(jù)，也許典型的IO服務(wù)器實(shí)現(xiàn)可能非常契合。下圖說(shuō)明了一個(gè)典型的IO服務(wù)器設(shè)計(jì)：

3. 通道（Channel）

Java NIO的通道類似流，但又有些不同：

既可以從通道中讀取數(shù)據(jù)，又可以寫(xiě)數(shù)據(jù)到通道。但流的讀寫(xiě)通常是單向的。
通道可以異步地讀寫(xiě)。
通道中的數(shù)據(jù)總是要先讀到一個(gè)Buffer，或者總是要從一個(gè)Buffer中寫(xiě)入。

正如上面所說(shuō)，從通道讀取數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)，從緩沖區(qū)寫(xiě)入數(shù)據(jù)到通道。如下圖所示：

3.1 Channel的實(shí)現(xiàn)

這些是Java NIO中最重要的通道的實(shí)現(xiàn)：

FileChannel：從文件中讀寫(xiě)數(shù)據(jù)
DatagramChannel：能通過(guò)UDP讀寫(xiě)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)
SocketChannel：能通過(guò)TCP讀寫(xiě)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)
ServerSocketChannel：可以監(jiān)聽(tīng)新進(jìn)來(lái)的TCP連接，像Web服務(wù)器那樣。對(duì)每一個(gè)新進(jìn)來(lái)的連接都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)SocketChannel

3.2 基本的 Channel 示例

下面是一個(gè)使用FileChannel讀取數(shù)據(jù)到Buffer中的示例：

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() 的調(diào)用，首先讀取數(shù)據(jù)到Buffer，然后反轉(zhuǎn)Buffer,接著再?gòu)腂uffer中讀取數(shù)據(jù)。下一節(jié)會(huì)深入講解Buffer的更多細(xì)節(jié)。

4. 緩沖區(qū)（Buffer）

Java NIO中的Buffer用于和NIO通道進(jìn)行交互。如你所知，數(shù)據(jù)是從通道讀入緩沖區(qū)，從緩沖區(qū)寫(xiě)入到通道中的。

緩沖區(qū)本質(zhì)上是一塊可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)，然后可以從中讀取數(shù)據(jù)的內(nèi)存。這塊內(nèi)存被包裝成NIO Buffer對(duì)象，并提供了一組方法，用來(lái)方便的訪問(wèn)該塊內(nèi)存。

4.1 Buffer的基本用法

使用Buffer讀寫(xiě)數(shù)據(jù)一般遵循以下四個(gè)步驟：

寫(xiě)入數(shù)據(jù)到Buffer
調(diào)用flip()方法
從Buffer中讀取數(shù)據(jù)
調(diào)用clear()方法或者compact()方法

當(dāng)向buffer寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)，buffer會(huì)記錄下寫(xiě)了多少數(shù)據(jù)。一旦要讀取數(shù)據(jù)，需要通過(guò)flip()方法將Buffer從寫(xiě)模式切換到讀模式。在讀模式下，可以讀取之前寫(xiě)入到buffer的所有數(shù)據(jù)。

一旦讀完了所有的數(shù)據(jù)，就需要清空緩沖區(qū)，讓它可以再次被寫(xiě)入。有兩種方式能清空緩沖區(qū)：調(diào)用clear()或compact()方法。clear()方法會(huì)清空整個(gè)緩沖區(qū)。compact()方法只會(huì)清除已經(jīng)讀過(guò)的數(shù)據(jù)。任何未讀的數(shù)據(jù)都被移到緩沖區(qū)的起始處，新寫(xiě)入的數(shù)據(jù)將放到緩沖區(qū)未讀數(shù)據(jù)的后面。

下面是一個(gè)使用Buffer的例子：

RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("data/nio-data.txt", "rw"); FileChannel inChannel = aFile.getChannel(); //create buffer with capacity of 48 bytes ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48); int bytesRead = inChannel.read(buf); //read into buffer. while (bytesRead != -1) { buf.flip(); //make buffer ready for read while(buf.hasRemaining()){ System.out.print((char) buf.get()); // read 1 byte at a time } buf.clear(); //make buffer ready for writing bytesRead = inChannel.read(buf); } aFile.close();

4.2 Buffer的capacity、position、limit

為了理解Buffer的工作原理，需要熟悉它的三個(gè)屬性：

capacity
position
limit

position和limit的含義取決于Buffer處在讀模式還是寫(xiě)模式。不管Buffer處在什么模式，capacity的含義總是一樣的。

這里有一個(gè)關(guān)于capacity，position和limit在讀寫(xiě)模式中的說(shuō)明，詳細(xì)的解釋在插圖后面。

4.2.1 capacity

作為一個(gè)內(nèi)存塊，Buffer有一個(gè)固定的大小值，也叫“capacity”.你只能往里寫(xiě)capacity個(gè)byte、long，char等類型。一旦Buffer滿了，需要將其清空（通過(guò)讀數(shù)據(jù)或者清除數(shù)據(jù)）才能繼續(xù)寫(xiě)數(shù)據(jù)往里寫(xiě)數(shù)據(jù)。

4.2.2 position

當(dāng)你寫(xiě)數(shù)據(jù)到Buffer中時(shí)，position表示當(dāng)前的位置。初始的position值為0.當(dāng)一個(gè)byte、long等數(shù)據(jù)寫(xiě)到Buffer后， position會(huì)向前移動(dòng)到下一個(gè)可插入數(shù)據(jù)的Buffer單元。position最大可為capacity – 1。

當(dāng)讀取數(shù)據(jù)時(shí)，也是從某個(gè)特定位置讀。當(dāng)將Buffer從寫(xiě)模式切換到讀模式，position會(huì)被重置為0。當(dāng)從Buffer的position處讀取數(shù)據(jù)時(shí)，position向前移動(dòng)到下一個(gè)可讀的位置。

4.2.3 limit

在寫(xiě)模式下，Buffer的limit表示你最多能往Buffer里寫(xiě)多少數(shù)據(jù)。寫(xiě)模式下，limit等于Buffer的capacity。

當(dāng)切換Buffer到讀模式時(shí)， limit表示你最多能讀到多少數(shù)據(jù)。因此，當(dāng)切換Buffer到讀模式時(shí)，limit會(huì)被設(shè)置成寫(xiě)模式下的position值。換句話說(shuō)，你能讀到之前寫(xiě)入的所有數(shù)據(jù)（limit被設(shè)置成已寫(xiě)數(shù)據(jù)的數(shù)量，這個(gè)值在寫(xiě)模式下就是position）

4.3 Buffer的類型

Java NIO 有以下Buffer類型：

ByteBuffer
MappedByteBuffer
CharBuffer
DoubleBuffer
FloatBuffer
IntBuffer
LongBuffer
ShortBuffer

如你所見(jiàn)，這些Buffer類型代表了不同的數(shù)據(jù)類型。換句話說(shuō)，就是可以通過(guò)char，short，int，long，float 或 double類型來(lái)操作緩沖區(qū)中的字節(jié)。

MappedByteBuffer 有些特別，在涉及它的專門章節(jié)中再講。

4.4 Buffer的分配

要想獲得一個(gè)Buffer對(duì)象首先要進(jìn)行分配。每一個(gè)Buffer類都有一個(gè)allocate方法。下面是一個(gè)分配48字節(jié)capacity的ByteBuffer的例子。

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

這是分配一個(gè)可存儲(chǔ)1024個(gè)字符的CharBuffer：

CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(1024);

4.5 向Buffer中寫(xiě)數(shù)據(jù)

寫(xiě)數(shù)據(jù)到Buffer有兩種方式：

從Channel寫(xiě)到Buffer。
通過(guò)Buffer的put()方法寫(xiě)到Buffer里。

從Channel寫(xiě)到Buffer的例子

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

通過(guò)put方法寫(xiě)B(tài)uffer的例子：

buf.put(127);

put方法有很多版本，允許你以不同的方式把數(shù)據(jù)寫(xiě)入到Buffer中。例如，寫(xiě)到一個(gè)指定的位置，或者把一個(gè)字節(jié)數(shù)組寫(xiě)入到Buffer。更多Buffer實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)參考JavaDoc。

flip()方法

flip方法將Buffer從寫(xiě)模式切換到讀模式。調(diào)用flip()方法會(huì)將position設(shè)回0，并將limit設(shè)置成之前position的值。

換句話說(shuō)，position現(xiàn)在用于標(biāo)記讀的位置，limit表示之前寫(xiě)進(jìn)了多少個(gè)byte、char等 —— 現(xiàn)在能讀取多少個(gè)byte、char等。

4.5 從Buffer中讀取數(shù)據(jù)

從Buffer中讀取數(shù)據(jù)有兩種方式：

從Buffer讀取數(shù)據(jù)到Channel。
使用get()方法從Buffer中讀取數(shù)據(jù)。

從Buffer讀取數(shù)據(jù)到Channel的例子：

//read from buffer into channel. int bytesWritten = inChannel.write(buf);

使用get()方法從Buffer中讀取數(shù)據(jù)的例子

byte aByte = buf.get();

get方法有很多版本，允許你以不同的方式從Buffer中讀取數(shù)據(jù)。例如，從指定position讀取，或者從Buffer中讀取數(shù)據(jù)到字節(jié)數(shù)組。更多Buffer實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)參考JavaDoc。

rewind()方法

Buffer.rewind()將position設(shè)回0，所以你可以重讀Buffer中的所有數(shù)據(jù)。limit保持不變，仍然表示能從Buffer中讀取多少個(gè)元素（byte、char等）。

clear()與compact()方法

一旦讀完Buffer中的數(shù)據(jù)，需要讓Buffer準(zhǔn)備好再次被寫(xiě)入。可以通過(guò)clear()或compact()方法來(lái)完成。

如果調(diào)用的是clear()方法，position將被設(shè)回0，limit被設(shè)置成 capacity的值。換句話說(shuō)，Buffer 被清空了。Buffer中的數(shù)據(jù)并未清除，只是這些標(biāo)記告訴我們可以從哪里開(kāi)始往Buffer里寫(xiě)數(shù)據(jù)。

如果Buffer中有一些未讀的數(shù)據(jù)，調(diào)用clear()方法，數(shù)據(jù)將“被遺忘”，意味著不再有任何標(biāo)記會(huì)告訴你哪些數(shù)據(jù)被讀過(guò)，哪些還沒(méi)有。

如果Buffer中仍有未讀的數(shù)據(jù)，且后續(xù)還需要這些數(shù)據(jù)，但是此時(shí)想要先先寫(xiě)些數(shù)據(jù)，那么使用compact()方法。

compact()方法將所有未讀的數(shù)據(jù)拷貝到Buffer起始處。然后將position設(shè)到最后一個(gè)未讀元素正后面。limit屬性依然像clear()方法一樣，設(shè)置成capacity。現(xiàn)在Buffer準(zhǔn)備好寫(xiě)數(shù)據(jù)了，但是不會(huì)覆蓋未讀的數(shù)據(jù)。

mark()與reset()方法

通過(guò)調(diào)用Buffer.mark()方法，可以標(biāo)記Buffer中的一個(gè)特定position。之后可以通過(guò)調(diào)用Buffer.reset()方法恢復(fù)到這個(gè)position。例如：

buffer.mark(); //call buffer.get() a couple of times, e.g. during parsing. buffer.reset(); //set position back to mark.

equals()與compareTo()方法

可以使用equals()和compareTo()方法兩個(gè)Buffer。

equals()

當(dāng)滿足下列條件時(shí)，表示兩個(gè)Buffer相等：

有相同的類型（byte、char、int等）。
Buffer中剩余的byte、char等的個(gè)數(shù)相等。
Buffer中所有剩余的byte、char等都相同。

如你所見(jiàn)，equals只是比較Buffer的一部分，不是每一個(gè)在它里面的元素都比較。實(shí)際上，它只比較Buffer中的剩余元素。

compareTo()方法

compareTo()方法比較兩個(gè)Buffer的剩余元素(byte、char等)，如果滿足下列條件，則認(rèn)為一個(gè)Buffer“小于”另一個(gè)Buffer：

第一個(gè)不相等的元素小于另一個(gè)Buffer中對(duì)應(yīng)的元素。
所有元素都相等，但第一個(gè)Buffer比另一個(gè)先耗盡(第一個(gè)Buffer的元素個(gè)數(shù)比另一個(gè)少)。

（譯注：剩余元素是從 position到limit之間的元素）

5. 分散Scatter和聚集Gather

Java NIO開(kāi)始支持scatter/gather，scatter/gather用于描述從Channel（譯者注：Channel在中文經(jīng)常翻譯為通道）中讀取或者寫(xiě)入到Channel的操作。

分散（scatter）從Channel中讀取是指在讀操作時(shí)將讀取的數(shù)據(jù)寫(xiě)入多個(gè)buffer中。因此，Channel將從Channel中讀取的數(shù)據(jù)“分散（scatter）”到多個(gè)Buffer中。

聚集（gather）寫(xiě)入Channel是指在寫(xiě)操作時(shí)將多個(gè)buffer的數(shù)據(jù)寫(xiě)入同一個(gè)Channel，因此，Channel 將多個(gè)Buffer中的數(shù)據(jù)“聚集（gather）”后發(fā)送到Channel。

scatter / gather經(jīng)常用于需要將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分開(kāi)處理的場(chǎng)合，例如傳輸一個(gè)由消息頭和消息體組成的消息，你可能會(huì)將消息體和消息頭分散到不同的buffer中，這樣你可以方便的處理消息頭和消息體。

5.1 Scattering Reads

Scattering Reads是指數(shù)據(jù)從一個(gè)channel讀取到多個(gè)buffer中。如下圖描述：

代碼示例如下：

ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(128); ByteBuffer body = ByteBuffer.allocate(1024); ByteBuffer[] bufferArray = { header, body }; channel.read(bufferArray);

注意buffer首先被插入到數(shù)組，然后再將數(shù)組作為channel.read() 的輸入?yún)?shù)。read()方法按照buffer在數(shù)組中的順序?qū)腸hannel中讀取的數(shù)據(jù)寫(xiě)入到buffer，當(dāng)一個(gè)buffer被寫(xiě)滿后，channel緊接著向另一個(gè)buffer中寫(xiě)。

Scattering Reads在移動(dòng)下一個(gè)buffer前，必須填滿當(dāng)前的buffer，這也意味著它不適用于動(dòng)態(tài)消息(譯者注：消息大小不固定)。換句話說(shuō)，如果存在消息頭和消息體，消息頭必須完成填充（例如 128byte），Scattering Reads才能正常工作。

5.2 Gathering Writes

Gathering Writes是指數(shù)據(jù)從多個(gè)buffer寫(xiě)入到同一個(gè)channel。如下圖描述：

代碼示例如下：

ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(128); ByteBuffer body = ByteBuffer.allocate(1024); //write data into buffers ByteBuffer[] bufferArray = { header, body }; channel.write(bufferArray);

buffers數(shù)組是write()方法的入?yún)?#xff0c;write()方法會(huì)按照buffer在數(shù)組中的順序，將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到channel，注意只有position和limit之間的數(shù)據(jù)才會(huì)被寫(xiě)入。因此，如果一個(gè)buffer的容量為128byte，但是僅僅包含58byte的數(shù)據(jù)，那么這58byte的數(shù)據(jù)將被寫(xiě)入到channel中。因此與Scattering Reads相反，Gathering Writes能較好的處理動(dòng)態(tài)消息。

6. 通道之間的數(shù)據(jù)傳輸

在Java NIO中，如果兩個(gè)通道中有一個(gè)是FileChannel，那你可以直接將數(shù)據(jù)從一個(gè)channel（譯者注：channel中文常譯作通道）傳輸?shù)搅硗庖粋€(gè)channel。

6.1 transferFrom()

FileChannel的transferFrom()方法可以將數(shù)據(jù)從源通道傳輸?shù)紽ileChannel中（譯者注：這個(gè)方法在JDK文檔中的解釋為將字節(jié)從給定的可讀取字節(jié)通道傳輸?shù)酱送ǖ赖奈募?#xff09;。下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的例子：

RandomAccessFile fromFile = new RandomAccessFile("fromFile.txt", "rw"); FileChannel fromChannel = fromFile.getChannel(); RandomAccessFile toFile = new RandomAccessFile("toFile.txt", "rw"); FileChannel toChannel = toFile.getChannel(); long position = 0; long count = fromChannel.size(); toChannel.transferFrom(position, count, fromChannel);

方法的輸入?yún)?shù)position表示從position處開(kāi)始向目標(biāo)文件寫(xiě)入數(shù)據(jù)，count表示最多傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)。如果源通道的剩余空間小于 count 個(gè)字節(jié)，則所傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)要小于請(qǐng)求的字節(jié)數(shù)。

此外要注意，在SoketChannel的實(shí)現(xiàn)中，SocketChannel只會(huì)傳輸此刻準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)（可能不足count字節(jié)）。因此，SocketChannel可能不會(huì)將請(qǐng)求的所有數(shù)據(jù)(count個(gè)字節(jié))全部傳輸?shù)紽ileChannel中。

6.2 transferTo()

transferTo()方法將數(shù)據(jù)從FileChannel傳輸?shù)狡渌腸hannel中。下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的例子：

RandomAccessFile fromFile = new RandomAccessFile("fromFile.txt", "rw"); FileChannel fromChannel = fromFile.getChannel(); RandomAccessFile toFile = new RandomAccessFile("toFile.txt", "rw"); FileChannel toChannel = toFile.getChannel(); long position = 0; long count = fromChannel.size(); fromChannel.transferTo(position, count, toChannel);

是不是發(fā)現(xiàn)這個(gè)例子和前面那個(gè)例子特別相似？除了調(diào)用方法的FileChannel對(duì)象不一樣外，其他的都一樣。

上面所說(shuō)的關(guān)于SocketChannel的問(wèn)題在transferTo()方法中同樣存在。SocketChannel會(huì)一直傳輸數(shù)據(jù)直到目標(biāo)buffer被填滿。

7. 選擇器（Selector）

Selector（選擇器）是Java NIO中能夠檢測(cè)一到多個(gè)NIO通道，并能夠知曉通道是否為諸如讀寫(xiě)事件做好準(zhǔn)備的組件。這樣，一個(gè)單獨(dú)的線程可以管理多個(gè)channel，從而管理多個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接。

7.1 為什么使用Selector?

僅用單個(gè)線程來(lái)處理多個(gè)Channels的好處是，只需要更少的線程來(lái)處理通道。事實(shí)上，可以只用一個(gè)線程處理所有的通道。對(duì)于操作系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，線程之間上下文切換的開(kāi)銷很大，而且每個(gè)線程都要占用系統(tǒng)的一些資源（如內(nèi)存）。因此，使用的線程越少越好。

但是，需要記住，現(xiàn)代的操作系統(tǒng)和CPU在多任務(wù)方面表現(xiàn)的越來(lái)越好，所以多線程的開(kāi)銷隨著時(shí)間的推移，變得越來(lái)越小了。實(shí)際上，如果一個(gè)CPU有多個(gè)內(nèi)核，不使用多任務(wù)可能是在浪費(fèi)CPU能力。不管怎么說(shuō)，關(guān)于那種設(shè)計(jì)的討論應(yīng)該放在另一篇不同的文章中。在這里，只要知道使用Selector能夠處理多個(gè)通道就足夠了。

下面是單線程使用一個(gè)Selector處理3個(gè)channel的示例圖：

7.2 Selector的創(chuàng)建

通過(guò)調(diào)用Selector.open()方法創(chuàng)建一個(gè)Selector，如下：

Selector selector = Selector.open();

7.3 向Selector注冊(cè)通道

為了將Channel和Selector配合使用，必須將channel注冊(cè)到selector上。通過(guò)SelectableChannel.register()方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，如下：

channel.configureBlocking(false); SelectionKey key = channel.register(selector, Selectionkey.OP_READ);

與Selector一起使用時(shí)，Channel必須處于非阻塞模式下。這意味著不能將FileChannel與Selector一起使用，因?yàn)镕ileChannel不能切換到非阻塞模式。而套接字通道都可以。

注意register()方法的第二個(gè)參數(shù)。這是一個(gè)“interest集合”，意思是在通過(guò)Selector監(jiān)聽(tīng)Channel時(shí)對(duì)什么事件感興趣。可以監(jiān)聽(tīng)四種不同類型的事件：

Connect
Accept
Read
Write

通道觸發(fā)了一個(gè)事件意思是該事件已經(jīng)就緒。所以，某個(gè)channel成功連接到另一個(gè)服務(wù)器稱為“連接就緒”。一個(gè)server socket channel準(zhǔn)備好接收新進(jìn)入的連接稱為“接收就緒”。一個(gè)有數(shù)據(jù)可讀的通道可以說(shuō)是“讀就緒”。等待寫(xiě)數(shù)據(jù)的通道可以說(shuō)是“寫(xiě)就緒”。

這四種事件用SelectionKey的四個(gè)常量來(lái)表示：

SelectionKey.OP_CONNECT
SelectionKey.OP_ACCEPT
SelectionKey.OP_READ
SelectionKey.OP_WRITE

如果你對(duì)不止一種事件感興趣，那么可以用“位或”操作符將常量連接起來(lái)，如下：

int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;

在下面還會(huì)繼續(xù)提到interest集合。

7.4 SelectionKey

在上一小節(jié)中，當(dāng)向Selector注冊(cè)Channel時(shí)，register()方法會(huì)返回一個(gè)SelectionKey對(duì)象。這個(gè)對(duì)象包含了一些你感興趣的屬性：

interest集合
ready集合
Channel
Selector
附加的對(duì)象（可選）

下面我會(huì)描述這些屬性。

interest集合

就像向Selector注冊(cè)通道一節(jié)中所描述的，interest集合是你所選擇的感興趣的事件集合。可以通過(guò)SelectionKey讀寫(xiě)interest集合，像這樣：

int interestSet = selectionKey.interes(); boolean isInterestedInAccept = (interestSet & SelectionKey.OP_ACCEPT) == SelectionKey.OP_ACCEPT； boolean isInterestedInConnect = interestSet & SelectionKey.OP_CONNECT; boolean isInterestedInRead = interestSet & SelectionKey.OP_READ; boolean isInterestedInWrite = interestSet & SelectionKey.OP_WRITE;

可以看到，用“位與”操作interest 集合和給定的SelectionKey常量，可以確定某個(gè)確定的事件是否在interest 集合中。

ready集合

ready 集合是通道已經(jīng)準(zhǔn)備就緒的操作的集合。在一次選擇(Selection)之后，你會(huì)首先訪問(wèn)這個(gè)ready set。Selection將在下一小節(jié)進(jìn)行解釋。可以這樣訪問(wèn)ready集合：

int readySet = selectionKey.readyOps();

可以用像檢測(cè)interest集合那樣的方法，來(lái)檢測(cè)channel中什么事件或操作已經(jīng)就緒。但是，也可以使用以下四個(gè)方法，它們都會(huì)返回一個(gè)布爾類型：

selectionKey.isAcceptable(); selectionKey.isConnectable(); selectionKey.isReadable(); selectionKey.isWritable();

Channel + Selector

從SelectionKey訪問(wèn)Channel和Selector很簡(jiǎn)單。如下：

Channel channel = selectionKey.channel(); Selector selector = selectionKey.selector();

附加的對(duì)象

可以將一個(gè)對(duì)象或者更多信息附著到SelectionKey上，這樣就能方便的識(shí)別某個(gè)給定的通道。例如，可以附加與通道一起使用的Buffer，或是包含聚集數(shù)據(jù)的某個(gè)對(duì)象。使用方法如下：

selectionKey.attach(theObject); Object attachedObj = selectionKey.attachment();

還可以在用register()方法向Selector注冊(cè)Channel的時(shí)候附加對(duì)象。如：

SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, theObject);

7.5 通過(guò)Selector選擇通道

一旦向Selector注冊(cè)了一或多個(gè)通道，就可以調(diào)用幾個(gè)重載的select()方法。這些方法返回你所感興趣的事件（如連接、接受、讀或?qū)?#xff09;已經(jīng)準(zhǔn)備就緒的那些通道。換句話說(shuō)，如果你對(duì)“讀就緒”的通道感興趣，select()方法會(huì)返回讀事件已經(jīng)就緒的那些通道。

下面是select()方法：

int select() int select(long timeout) int selectNow()

select()阻塞到至少有一個(gè)通道在你注冊(cè)的事件上就緒了。

select(long timeout)和select()一樣，除了最長(zhǎng)會(huì)阻塞timeout毫秒(參數(shù))。

selectNow()不會(huì)阻塞，不管什么通道就緒都立刻返回（譯者注：此方法執(zhí)行非阻塞的選擇操作。如果自從前一次選擇操作后，沒(méi)有通道變成可選擇的，則此方法直接返回零。）。

select()方法返回的int值表示有多少通道已經(jīng)就緒。亦即，自上次調(diào)用select()方法后有多少通道變成就緒狀態(tài)。如果調(diào)用select()方法，因?yàn)橛幸粋€(gè)通道變成就緒狀態(tài)，返回了1，若再次調(diào)用select()方法，如果另一個(gè)通道就緒了，它會(huì)再次返回1。如果對(duì)第一個(gè)就緒的channel沒(méi)有做任何操作，現(xiàn)在就有兩個(gè)就緒的通道，但在每次select()方法調(diào)用之間，只有一個(gè)通道就緒了。

selectedKeys()

一旦調(diào)用了select()方法，并且返回值表明有一個(gè)或更多個(gè)通道就緒了，然后可以通過(guò)調(diào)用selector的selectedKeys()方法，訪問(wèn)“已選擇鍵集（selected key set）”中的就緒通道。如下所示：

Set selectedKeys = selector.selectedKeys();

當(dāng)像Selector注冊(cè)Channel時(shí)，Channel.register()方法會(huì)返回一個(gè)SelectionKey 對(duì)象。這個(gè)對(duì)象代表了注冊(cè)到該Selector的通道。可以通過(guò)SelectionKey的selectedKeySet()方法訪問(wèn)這些對(duì)象。

可以遍歷這個(gè)已選擇的鍵集合來(lái)訪問(wèn)就緒的通道。如下：

Set selectedKeys = selector.selectedKeys(); Iterator keyIterator = selectedKeys.iterator(); while(keyIterator.hasNext()) { SelectionKey key = keyIterator.next(); if(key.isAcceptable()) { // a connection was accepted by a ServerSocketChannel. } else if (key.isConnectable()) { // a connection was established with a remote server. } else if (key.isReadable()) { // a channel is ready for reading } else if (key.isWritable()) { // a channel is ready for writing } keyIterator.remove(); }

這個(gè)循環(huán)遍歷已選擇鍵集中的每個(gè)鍵，并檢測(cè)各個(gè)鍵所對(duì)應(yīng)的通道的就緒事件。

注意每次迭代末尾的keyIterator.remove()調(diào)用。Selector不會(huì)自己從已選擇鍵集中移除SelectionKey實(shí)例。必須在處理完通道時(shí)自己移除。下次該通道變成就緒時(shí)，Selector會(huì)再次將其放入已選擇鍵集中。

SelectionKey.channel()方法返回的通道需要轉(zhuǎn)型成你要處理的類型，如ServerSocketChannel或SocketChannel等。

7.6 wakeUp()

某個(gè)線程調(diào)用select()方法后阻塞了，即使沒(méi)有通道已經(jīng)就緒，也有辦法讓其從select()方法返回。只要讓其它線程在第一個(gè)線程調(diào)用select()方法的那個(gè)對(duì)象上調(diào)用Selector.wakeup()方法即可。阻塞在select()方法上的線程會(huì)立馬返回。

如果有其它線程調(diào)用了wakeup()方法，但當(dāng)前沒(méi)有線程阻塞在select()方法上，下個(gè)調(diào)用select()方法的線程會(huì)立即“醒來(lái)（wake up）”。

7.7 close()

用完Selector后調(diào)用其close()方法會(huì)關(guān)閉該Selector，且使注冊(cè)到該Selector上的所有SelectionKey實(shí)例無(wú)效。通道本身并不會(huì)關(guān)閉。

7.7 完整的示例

這里有一個(gè)完整的示例，打開(kāi)一個(gè)Selector，注冊(cè)一個(gè)通道注冊(cè)到這個(gè)Selector上(通道的初始化過(guò)程略去),然后持續(xù)監(jiān)控這個(gè)Selector的四種事件（接受，連接，讀，寫(xiě)）是否就緒。

Selector selector = Selector.open(); channel.configureBlocking(false); SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ); while(true) { int readyChannels = selector.select(); if(readyChannels == 0) continue; Set selectedKeys = selector.selectedKeys(); Iterator keyIterator = selectedKeys.iterator(); while(keyIterator.hasNext()) { SelectionKey key = keyIterator.next(); if(key.isAcceptable()) { // a connection was accepted by a ServerSocketChannel. } else if (key.isConnectable()) { // a connection was established with a remote server. } else if (key.isReadable()) { // a channel is ready for reading } else if (key.isWritable()) { // a channel is ready for writing } keyIterator.remove(); } }

8. 文件通道

Java NIO中的FileChannel是一個(gè)連接到文件的通道。可以通過(guò)文件通道讀寫(xiě)文件。

FileChannel無(wú)法設(shè)置為非阻塞模式，它總是運(yùn)行在阻塞模式下。

8.1 打開(kāi)FileChannel

在使用FileChannel之前，必須先打開(kāi)它。但是，我們無(wú)法直接打開(kāi)一個(gè)FileChannel，需要通過(guò)使用一個(gè)InputStream、OutputStream或RandomAccessFile來(lái)獲取一個(gè)FileChannel實(shí)例。下面是通過(guò)RandomAccessFile打開(kāi)FileChannel的示例：

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

8.2 從FileChannel讀取數(shù)據(jù)

調(diào)用多個(gè)read()方法之一從FileChannel中讀取數(shù)據(jù)。如：

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

首先，分配一個(gè)Buffer。從FileChannel中讀取的數(shù)據(jù)將被讀到Buffer中。

然后，調(diào)用FileChannel.read()方法。該方法將數(shù)據(jù)從FileChannel讀取到Buffer中。read()方法返回的int值表示了有多少字節(jié)被讀到了Buffer中。如果返回-1，表示到了文件末尾。

8.3 向FileChannel寫(xiě)數(shù)據(jù)

使用FileChannel.write()方法向FileChannel寫(xiě)數(shù)據(jù)，該方法的參數(shù)是一個(gè)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循環(huán)中調(diào)用的。因?yàn)闊o(wú)法保證write()方法一次能向FileChannel寫(xiě)入多少字節(jié)，因此需要重復(fù)調(diào)用write()方法，直到Buffer中已經(jīng)沒(méi)有尚未寫(xiě)入通道的字節(jié)。

8.4 關(guān)閉FileChannel

用完FileChannel后必須將其關(guān)閉。如：

channel.close();

FileChannel的position方法

有時(shí)可能需要在FileChannel的某個(gè)特定位置進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀/寫(xiě)操作。可以通過(guò)調(diào)用position()方法獲取FileChannel的當(dāng)前位置。

也可以通過(guò)調(diào)用position(long pos)方法設(shè)置FileChannel的當(dāng)前位置。

這里有兩個(gè)例子：

long pos = channel.position(); channel.position(pos +123);

如果將位置設(shè)置在文件結(jié)束符之后，然后試圖從文件通道中讀取數(shù)據(jù)，讀方法將返回-1 —— 文件結(jié)束標(biāo)志。

如果將位置設(shè)置在文件結(jié)束符之后，然后向通道中寫(xiě)數(shù)據(jù)，文件將撐大到當(dāng)前位置并寫(xiě)入數(shù)據(jù)。這可能導(dǎo)致“文件空洞”，磁盤上物理文件中寫(xiě)入的數(shù)據(jù)間有空隙。

8.5 FileChannel的size方法

FileChannel實(shí)例的size()方法將返回該實(shí)例所關(guān)聯(lián)文件的大小。如：

long fileSize = channel.size();

8.6 FileChannel的truncate方法

可以使用FileChannel.truncate()方法截取一個(gè)文件。截取文件時(shí)，文件將中指定長(zhǎng)度后面的部分將被刪除。如：

channel.truncate(1024);

這個(gè)例子截取文件的前1024個(gè)字節(jié)。

8.7 FileChannel的force方法

FileChannel.force()方法將通道里尚未寫(xiě)入磁盤的數(shù)據(jù)強(qiáng)制寫(xiě)到磁盤上。出于性能方面的考慮，操作系統(tǒng)會(huì)將數(shù)據(jù)緩存在內(nèi)存中，所以無(wú)法保證寫(xiě)入到FileChannel里的數(shù)據(jù)一定會(huì)即時(shí)寫(xiě)到磁盤上。要保證這一點(diǎn)，需要調(diào)用force()方法。

force()方法有一個(gè)boolean類型的參數(shù)，指明是否同時(shí)將文件元數(shù)據(jù)（權(quán)限信息等）寫(xiě)到磁盤上。

下面的例子同時(shí)將文件數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)強(qiáng)制寫(xiě)到磁盤上：

channel.force(true);

9. Socket 通道

Java NIO中的SocketChannel是一個(gè)連接到TCP網(wǎng)絡(luò)套接字的通道。可以通過(guò)以下2種方式創(chuàng)建SocketChannel：

打開(kāi)一個(gè)SocketChannel并連接到互聯(lián)網(wǎng)上的某臺(tái)服務(wù)器。
一個(gè)新連接到達(dá)ServerSocketChannel時(shí)，會(huì)創(chuàng)建一個(gè)SocketChannel。

9.1 打開(kāi) SocketChannel

下面是SocketChannel的打開(kāi)方式：

SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(); socketChannel.connect(new InetSocketAddress("http://jenkov.com", 80));

9.2 關(guān)閉 SocketChannel

當(dāng)用完SocketChannel之后調(diào)用SocketChannel.close()關(guān)閉SocketChannel：

socketChannel.close();

9.3 從 SocketChannel 讀取數(shù)據(jù)

要從SocketChannel中讀取數(shù)據(jù)，調(diào)用一個(gè)read()的方法之一。以下是例子：

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

首先，分配一個(gè)Buffer。從SocketChannel讀取到的數(shù)據(jù)將會(huì)放到這個(gè)Buffer中。

然后，調(diào)用SocketChannel.read()。該方法將數(shù)據(jù)從SocketChannel 讀到Buffer中。read()方法返回的int值表示讀了多少字節(jié)進(jìn)Buffer里。如果返回的是-1，表示已經(jīng)讀到了流的末尾（連接關(guān)閉了）。

9.4 寫(xiě)入 SocketChannel

寫(xiě)數(shù)據(jù)到SocketChannel用的是SocketChannel.write()方法，該方法以一個(gè)Buffer作為參數(shù)。示例如下：

注意SocketChannel.write()方法的調(diào)用是在一個(gè)while循環(huán)中的。Write()方法無(wú)法保證能寫(xiě)多少字節(jié)到SocketChannel。所以，我們重復(fù)調(diào)用write()直到Buffer沒(méi)有要寫(xiě)的字節(jié)為止。

9.5 非阻塞模式

可以設(shè)置 SocketChannel 為非阻塞模式（non-blocking mode）.設(shè)置之后，就可以在異步模式下調(diào)用connect(), read() 和write()了。

connect()

如果SocketChannel在非阻塞模式下，此時(shí)調(diào)用connect()，該方法可能在連接建立之前就返回了。為了確定連接是否建立，可以調(diào)用finishConnect()的方法。像這樣：

socketChannel.configureBlocking(false); socketChannel.connect(new InetSocketAddress("http://jenkov.com", 80)); while(! socketChannel.finishConnect() ){ //wait, or do something else... }

write()

非阻塞模式下，write()方法在尚未寫(xiě)出任何內(nèi)容時(shí)可能就返回了。所以需要在循環(huán)中調(diào)用write()。前面已經(jīng)有例子了，這里就不贅述了。

read()

非阻塞模式下,read()方法在尚未讀取到任何數(shù)據(jù)時(shí)可能就返回了。所以需要關(guān)注它的int返回值，它會(huì)告訴你讀取了多少字節(jié)。

9.6 非阻塞模式與選擇器

非阻塞模式與選擇器搭配會(huì)工作的更好，通過(guò)將一或多個(gè)SocketChannel注冊(cè)到Selector，可以詢問(wèn)選擇器哪個(gè)通道已經(jīng)準(zhǔn)備好了讀取，寫(xiě)入等。Selector與SocketChannel的搭配使用會(huì)在后面詳講。

10. ServerSocket 通道

Java NIO中的 ServerSocketChannel 是一個(gè)可以監(jiān)聽(tīng)新進(jìn)來(lái)的TCP連接的通道，就像標(biāo)準(zhǔn)IO中的ServerSocket一樣。ServerSocketChannel類在 java.nio.channels包中。

這里有個(gè)例子：

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open(); serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999)); while(true){ SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept(); //do something with socketChannel... }

10.1 打開(kāi) ServerSocketChannel

通過(guò)調(diào)用 ServerSocketChannel.open() 方法來(lái)打開(kāi)ServerSocketChannel.如：

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();

10.2 關(guān)閉 ServerSocketChannel

通過(guò)調(diào)用ServerSocketChannel.close() 方法來(lái)關(guān)閉ServerSocketChannel. 如：

serverSocketChannel.close();

10.3 監(jiān)聽(tīng)新進(jìn)來(lái)的連接

通過(guò) ServerSocketChannel.accept() 方法監(jiān)聽(tīng)新進(jìn)來(lái)的連接。當(dāng) accept()方法返回的時(shí)候，它返回一個(gè)包含新進(jìn)來(lái)的連接的 SocketChannel。因此，accept()方法會(huì)一直阻塞到有新連接到達(dá)。

通常不會(huì)僅僅只監(jiān)聽(tīng)一個(gè)連接，在while循環(huán)中調(diào)用 accept()方法. 如下面的例子：

while(true){ SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept(); //do something with socketChannel... }

當(dāng)然，也可以在while循環(huán)中使用除了true以外的其它退出準(zhǔn)則。

10.4 非阻塞模式

ServerSocketChannel可以設(shè)置成非阻塞模式。在非阻塞模式下，accept() 方法會(huì)立刻返回，如果還沒(méi)有新進(jìn)來(lái)的連接，返回的將是null。因此，需要檢查返回的SocketChannel是否是null。如：

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open(); serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999)); serverSocketChannel.configureBlocking(false); while(true){ SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept(); if(socketChannel != null){ //do something with socketChannel... } }

11. Datagram 通道

Java NIO中的DatagramChannel是一個(gè)能收發(fā)UDP包的通道。因?yàn)閁DP是無(wú)連接的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，所以不能像其它通道那樣讀取和寫(xiě)入。它發(fā)送和接收的是數(shù)據(jù)包。

11.1 打開(kāi) DatagramChannel

下面是 DatagramChannel 的打開(kāi)方式：

DatagramChannel channel = DatagramChannel.open(); channel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));

這個(gè)例子打開(kāi)的 DatagramChannel可以在UDP端口9999上接收數(shù)據(jù)包。

11.2 接收數(shù)據(jù)

通過(guò)receive()方法從DatagramChannel接收數(shù)據(jù)，如：

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48); buf.clear(); channel.receive(buf);

receive()方法會(huì)將接收到的數(shù)據(jù)包內(nèi)容復(fù)制到指定的Buffer. 如果Buffer容不下收到的數(shù)據(jù)，多出的數(shù)據(jù)將被丟棄。

11.3 發(fā)送數(shù)據(jù)

通過(guò)send()方法從DatagramChannel發(fā)送數(shù)據(jù)，如:

這個(gè)例子發(fā)送一串字符到”jenkov.com”服務(wù)器的UDP端口80。因?yàn)榉?wù)端并沒(méi)有監(jiān)控這個(gè)端口，所以什么也不會(huì)發(fā)生。也不會(huì)通知你發(fā)出的數(shù)據(jù)包是否已收到，因?yàn)閁DP在數(shù)據(jù)傳送方面沒(méi)有任何保證。

11.4 連接到特定的地址

可以將DatagramChannel“連接”到網(wǎng)絡(luò)中的特定地址的。由于UDP是無(wú)連接的，連接到特定地址并不會(huì)像TCP通道那樣創(chuàng)建一個(gè)真正的連接。而是鎖住DatagramChannel ，讓其只能從特定地址收發(fā)數(shù)據(jù)。

這里有個(gè)例子:

channel.connect(new InetSocketAddress("jenkov.com", 80));

當(dāng)連接后，也可以使用read()和write()方法，就像在用傳統(tǒng)的通道一樣。只是在數(shù)據(jù)傳送方面沒(méi)有任何保證。這里有幾個(gè)例子：

int bytesRead = channel.read(buf); int bytesWritten = channel.write(but);

12. 管道（Pipe）

Java NIO 管道是2個(gè)線程之間的單向數(shù)據(jù)連接。Pipe有一個(gè)source通道和一個(gè)sink通道。數(shù)據(jù)會(huì)被寫(xiě)到sink通道，從source通道讀取。

這里是Pipe原理的圖示：

12.1 創(chuàng)建管道

通過(guò)Pipe.open()方法打開(kāi)管道。例如：

Pipe pipe = Pipe.open();

12.2 向管道寫(xiě)數(shù)據(jù)

要向管道寫(xiě)數(shù)據(jù)，需要訪問(wèn)sink通道。像這樣：

Pipe.SinkChannel sinkChannel = pipe.sink();

通過(guò)調(diào)用SinkChannel的write()方法，將數(shù)據(jù)寫(xiě)入SinkChannel,像這樣：

12.3 從管道讀取數(shù)據(jù)

從讀取管道的數(shù)據(jù)，需要訪問(wèn)source通道，像這樣：

Pipe.SourceChannel sourceChannel = pipe.source();

調(diào)用source通道的read()方法來(lái)讀取數(shù)據(jù)，像這樣：

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

read()方法返回的int值會(huì)告訴我們多少字節(jié)被讀進(jìn)了緩沖區(qū)

13. 總結(jié)

本文中說(shuō)了最重要的3個(gè)概念

Channel 通道
Buffer 緩沖區(qū)
Selector 選擇器

其中Channel對(duì)應(yīng)以前的流，Buffer不是什么新東西，Selector是因?yàn)閚io可以使用異步的非堵塞模式才加入的東西。

以前的流總是堵塞的，一個(gè)線程只要對(duì)它進(jìn)行操作，其它操作就會(huì)被堵塞，也就相當(dāng)于水管沒(méi)有閥門，你伸手接水的時(shí)候，不管水到了沒(méi)有，你就都只能耗在接水（流）上。

nio的Channel的加入，相當(dāng)于增加了水龍頭（有閥門），雖然一個(gè)時(shí)刻也只能接一個(gè)水管的水，但依賴輪換策略，在水量不大的時(shí)候，各個(gè)水管里流出來(lái)的水，都可以得到妥善接納，這個(gè)關(guān)鍵之處就是增加了一個(gè)接水工，也就是Selector，他負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)，也就是看哪根水管有水了的話，在當(dāng)前水管的水接到一定程度的時(shí)候，就切換一下：臨時(shí)關(guān)上當(dāng)前水龍頭，試著打開(kāi)另一個(gè)水龍頭（看看有沒(méi)有水）。

當(dāng)其他人需要用水的時(shí)候，不是直接去接水，而是事前提了一個(gè)水桶給接水工，這個(gè)水桶就是Buffer。也就是，其他人雖然也可能要等，但不會(huì)在現(xiàn)場(chǎng)等，而是回家等，可以做其它事去，水接滿了，接水工會(huì)通知他們。

這其實(shí)也是非常接近當(dāng)前社會(huì)分工細(xì)化的現(xiàn)實(shí)，也是統(tǒng)分利用現(xiàn)有資源達(dá)到并發(fā)效果的一種很經(jīng)濟(jì)的手段，而不是動(dòng)不動(dòng)就來(lái)個(gè)并行處理，雖然那樣是最簡(jiǎn)單的，但也是最浪費(fèi)資源的方式。

原文鏈接：http://www.iteye.com/magazines/132-Java-NIO

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java NIO 系列教程的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

如果覺(jué)得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。

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java

Java NIO 系列教程

1. Java NIO 概述

1.1 Channel 和 Buffer

1.2 Selector

2. Java NIO vs IO

2.1 Java NIO和IO的主要區(qū)別

2.2 面向流與面向緩沖

2.3 阻塞與非阻塞IO

2.4 選擇器（Selectors）

2.5 NIO和IO如何影響應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)

2.5.1 API調(diào)用

2.5.2 數(shù)據(jù)處理

2.6 總結(jié)

3. 通道（Channel）

3.1 Channel的實(shí)現(xiàn)

3.2 基本的 Channel 示例

4. 緩沖區(qū)（Buffer）

4.1 Buffer的基本用法

4.2 Buffer的capacity、position、limit

4.2.1 capacity

4.2.2 position

4.2.3 limit

4.3 Buffer的類型

4.4 Buffer的分配

4.5 向Buffer中寫(xiě)數(shù)據(jù)

flip()方法

4.5 從Buffer中讀取數(shù)據(jù)

rewind()方法

clear()與compact()方法

mark()與reset()方法

equals()與compareTo()方法

5. 分散Scatter和聚集Gather

5.1 Scattering Reads

5.2 Gathering Writes

6. 通道之間的數(shù)據(jù)傳輸

6.1 transferFrom()

6.2 transferTo()

7. 選擇器（Selector）

7.1 為什么使用Selector?

7.2 Selector的創(chuàng)建

7.3 向Selector注冊(cè)通道

7.4 SelectionKey

interest集合

ready集合

Channel + Selector

附加的對(duì)象

7.5 通過(guò)Selector選擇通道

selectedKeys()

7.6 wakeUp()

7.7 close()

7.7 完整的示例

8. 文件通道

8.1 打開(kāi)FileChannel

8.2 從FileChannel讀取數(shù)據(jù)

8.3 向FileChannel寫(xiě)數(shù)據(jù)

8.4 關(guān)閉FileChannel

8.5 FileChannel的size方法

8.6 FileChannel的truncate方法

8.7 FileChannel的force方法

9. Socket 通道

9.1 打開(kāi) SocketChannel

9.2 關(guān)閉 SocketChannel

9.3 從 SocketChannel 讀取數(shù)據(jù)

9.4 寫(xiě)入 SocketChannel

9.5 非阻塞模式

connect()

write()

read()

9.6 非阻塞模式與選擇器

10. ServerSocket 通道

10.1 打開(kāi) ServerSocketChannel

10.2 關(guān)閉 ServerSocketChannel

10.3 監(jiān)聽(tīng)新進(jìn)來(lái)的連接

10.4 非阻塞模式

11. Datagram 通道

11.1 打開(kāi) DatagramChannel

11.2 接收數(shù)據(jù)

11.3 發(fā)送數(shù)據(jù)