java nio教程

1.簡(jiǎn)介

Java NIO是Java 1.4引入的一個(gè)庫。 自從Java NIO推出以來，它提供了另一種方法來處理I / O和網(wǎng)絡(luò)事務(wù)。 它被認(rèn)為是Java網(wǎng)絡(luò)和Java IO庫的替代方法。 開發(fā)Java NIO的目的是使輸入和輸出的事務(wù)異步和非阻塞。 阻塞和非阻塞IO的概念將在后面的部分中介紹。

目錄

1.簡(jiǎn)介 2. IO中的術(shù)語

2.1阻止輸入和輸出 2.2無阻塞輸入和輸出

3. Java NIO術(shù)語

3.1緩沖區(qū)

3.1.1緩沖區(qū)屬性 3.1.2讀取和寫入緩沖區(qū) 3.1.3標(biāo)記并重置緩沖區(qū)

3.2頻道

3.2.1通道分散和聚集 3.2.2頻道轉(zhuǎn)移

3.3選擇器 4. NIO頻道

4.1。 文件頻道 4.2 SocketChannel 4.3 ServerSocketChannel

5.結(jié)論

2. Java NIO中的術(shù)語

Java NIO在使用Java的I / O處理中引入了許多新術(shù)語。 在較早的場(chǎng)景中，Java I / O基于字符流和字節(jié)流。 但是，使用Java NIO，現(xiàn)在可以通過通道讀取和處理數(shù)據(jù)-通過Channel進(jìn)入緩沖區(qū)或通過緩沖區(qū)進(jìn)入通道。 在本節(jié)中，我們將討論與Java NIO相關(guān)的各種術(shù)語，以幫助我們更好地理解進(jìn)一步的教程。

2.1阻止輸入和輸出

使用字符流和字節(jié)流，文件被加載到JVM內(nèi)存中并被鎖定以進(jìn)行讀取或?qū)懭搿?這導(dǎo)致其他試圖讀取同一文件的程序處于阻塞狀態(tài)。 盡管有可用的處理能力，但由于程序被迫等待，因此這種情況浪費(fèi)了CPU的能力。 讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)的這種安排稱為阻塞輸入和輸出。

2.2無阻塞輸入和輸出

隨著無阻塞輸入和輸出進(jìn)入畫面，數(shù)據(jù)開始被讀取到通道中。 在無阻塞的輸入和輸出布置中，JVM使用通道來緩沖數(shù)據(jù)。 這些通道允許動(dòng)態(tài)讀取數(shù)據(jù)，而不會(huì)阻止文件供外部使用。 通道是一塊緩沖的內(nèi)存，一旦讀取了先前的緩沖數(shù)據(jù)，就將其填充。 這樣可以確保在完整的讀取周期中不會(huì)阻止該文件，并且其他程序也可以對(duì)該文件進(jìn)行必要的訪問。

Java NIO主要涉及三個(gè)術(shù)語：

• 頻道
• 選擇器
• 緩沖液

這些術(shù)語將在本文中進(jìn)一步聲明。

3. Java NIO –術(shù)語

如上所述，Java非阻塞IO在通道和緩沖區(qū)上工作。 在本節(jié)中，我們將嘗試?yán)斫膺@些術(shù)語以及其他術(shù)語選擇器。 這些術(shù)語對(duì)于遵循后續(xù)教程很重要。

3.1緩沖區(qū)

緩沖區(qū)是固定的一塊內(nèi)存，用于在將數(shù)據(jù)讀入通道之前存儲(chǔ)該數(shù)據(jù)。 緩沖區(qū)可確保預(yù)定義大小的數(shù)據(jù)，以加快文件，輸入和數(shù)據(jù)流的讀取速度。 緩沖區(qū)的大小可配置為2到冪n的塊。

根據(jù)輸入類型，可以使用各種類型的緩沖區(qū)：

• ByteBuffer：用于按字節(jié)讀取字符流或文件
• CharBuffer：用于讀取完整ASCII集內(nèi)的字符
• DoubleBuffer：專門用于雙重?cái)?shù)據(jù)值，例如來自傳感器的讀數(shù)
• FloatBuffer：用于讀取恒定數(shù)據(jù)流，用于分析之類的目的
• LongBuffer：用于讀取長(zhǎng)數(shù)據(jù)類型的值
• IntBuffer：用于讀取分?jǐn)?shù)或結(jié)果的整數(shù)值
• ShortBuffer：用于讀取短整數(shù)值

每個(gè)緩沖區(qū)都有其特定用途。 通常用于文件的緩沖區(qū)是ByteBuffer和CharBuffer。 創(chuàng)建字節(jié)緩沖區(qū)的簡(jiǎn)短示例如下所示。

RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("src/data.txt", "rw"); FileChannel inChannel = aFile.getChannel(); ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

在上面的代碼中，正在創(chuàng)建48個(gè)字節(jié)的緩沖區(qū)。 必須指定緩沖區(qū)大小。 第三行將48字節(jié)的存儲(chǔ)空間分配給緩沖區(qū)buf。 這樣可以確保將必要的內(nèi)存預(yù)先分配給緩沖區(qū)。 在繼續(xù)使用它們進(jìn)行通道讀寫之前，有必要了解緩沖區(qū)的讀寫過程。 下圖顯示了從文件讀取字節(jié)的典型緩沖區(qū)。

緩沖區(qū)讀取

可以看出，緩沖區(qū)讀取并向左推送第一個(gè)字節(jié)。 緩沖區(qū)是后進(jìn)先出類型的內(nèi)存分配。 因此，當(dāng)您希望使用緩沖區(qū)讀取文件時(shí)，必須先翻轉(zhuǎn)它才能讀取文件。 沒有翻轉(zhuǎn)，數(shù)據(jù)將以相反的順序輸出。 為了翻轉(zhuǎn)緩沖區(qū)，需要執(zhí)行以下簡(jiǎn)單代碼行：

buf.flip();

buffer.flip（）

一旦將數(shù)據(jù)讀入緩沖區(qū)，就該實(shí)際獲取已讀取的數(shù)據(jù)了。 為了讀取數(shù)據(jù)，使用了buf.get()函數(shù)。 此函數(shù)調(diào)用在每次調(diào)用時(shí)都讀取一個(gè)字節(jié)/字符/數(shù)據(jù)包，具體取決于緩沖區(qū)的類型。 讀取可用數(shù)據(jù)后，還需要在下一次讀取之前清理緩沖區(qū)。 必須進(jìn)行清理以確保釋放空間以讀取更多數(shù)據(jù)。 為了清洗緩沖區(qū)，有兩種可行的方法-清除緩沖區(qū)或壓縮緩沖區(qū)。

要清除緩沖區(qū)，請(qǐng)執(zhí)行命令buf.clear() 。 要壓縮緩沖區(qū)，請(qǐng)使用命令buf.compact() 。 這兩個(gè)命令最終都會(huì)做同樣的事情。 但是， compact()僅清除使用函數(shù)buf.get()讀取的數(shù)據(jù)。 因此，當(dāng)我們需要繼續(xù)優(yōu)化緩沖區(qū)使用的內(nèi)存量時(shí)使用它。

3.1.1緩沖區(qū)屬性

緩沖區(qū)本質(zhì)上具有3個(gè)屬性：

緩沖位置

緩沖區(qū)限制

緩沖容量

在緩沖區(qū)寫入期間，緩沖區(qū)位置是當(dāng)前字節(jié)正在寫入的位置。 在緩沖區(qū)讀取過程中，緩沖區(qū)位置是從中讀取字節(jié)的位置。 隨著我們進(jìn)行讀取或?qū)懭氩僮?#xff0c;緩沖區(qū)位置不斷動(dòng)態(tài)變化。

在緩沖區(qū)寫入過程中，緩沖區(qū)限制是可以寫入緩沖區(qū)的最大數(shù)據(jù)大小。 本質(zhì)上，緩沖區(qū)限制和緩沖區(qū)容量在緩沖區(qū)寫入期間是同義詞。 但是，在緩沖區(qū)讀取期間，緩沖區(qū)限制是可從緩沖區(qū)讀取的可用字節(jié)數(shù)。 因此，當(dāng)彈出字節(jié)時(shí)，緩沖區(qū)限制將繼續(xù)減小。

緩沖區(qū)容量是可以在任何時(shí)間點(diǎn)寫入緩沖區(qū)或從緩沖區(qū)讀取的最大數(shù)據(jù)。 因此，上面分配的大小48也稱為緩沖區(qū)容量。

3.1.2讀取和寫入緩沖區(qū)

緩沖區(qū)本質(zhì)上是一種存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的介質(zhì)，直到線程從緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)并請(qǐng)求新數(shù)據(jù)為止。 從輸入源讀取數(shù)據(jù)的主要步驟是將數(shù)據(jù)讀取到緩沖區(qū)中。 為了將數(shù)據(jù)讀入緩沖區(qū)，使用了如下所示的代碼片段。

FileChannel inChannel = aFile.getChannel(); System.out.println("Created file Channel.."); ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48); int bytesRead = inChannel.read(buf);

在上面的代碼中，我們創(chuàng)建一個(gè)FileChannel來從文件中讀取數(shù)據(jù)，并創(chuàng)建一個(gè)緩沖區(qū)buf來保存數(shù)據(jù)。 然后使用語句inChannel.read(buf)將緩沖區(qū)用于讀取通道的數(shù)據(jù)。 執(zhí)行此語句后，緩沖區(qū)現(xiàn)在將保留多達(dá)48個(gè)字節(jié)的可用數(shù)據(jù)。
為了開始讀取數(shù)據(jù)，您使用了一個(gè)簡(jiǎn)單的語句buf.get() 。

3.1.3標(biāo)記并重置緩沖區(qū)

在讀取過程中，通常需要重復(fù)從特定位置讀取數(shù)據(jù)。 在正常情況下，一旦您從緩沖區(qū)中獲取數(shù)據(jù)，就認(rèn)為該數(shù)據(jù)已消失。 但是，可以在特定的索引處標(biāo)記緩沖區(qū)，從而可以再次從特定位置讀取緩沖區(qū)。 下面的代碼演示了如何完成此操作。

buffer.mark();char x = buffer.get(); char y = buffer.get(); char z = buffer.get(); char a = buffer.get(); //Do something with above databuffer.reset(); //set position back to mark.

標(biāo)記和重置的主要應(yīng)用是重復(fù)分析數(shù)據(jù)，重復(fù)重復(fù)信息，發(fā)送命令特定次數(shù)甚至更多。

3.2頻道

通道是非阻塞IO的主要介質(zhì)。 通道類似于可用于阻止IO的流。 這些通道支持網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)以及文件數(shù)據(jù)IO。 當(dāng)需要時(shí)，通道從緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)。 緩沖區(qū)將保存數(shù)據(jù)，直到從緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)為止。

通道具有多種實(shí)現(xiàn)方式，具體取決于要讀取的數(shù)據(jù)。 以下列出了可用于渠道的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)：

• FileChannel：用于從文件讀取數(shù)據(jù)和向文件寫入數(shù)據(jù)
• DatagramChannel：用于使用UDP數(shù)據(jù)包通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換
• SocketChannel：用于通過TCP套接字交換數(shù)據(jù)的TCP通道
• ServerSocketChannel：類似于Web服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)，它通過特定的TCP端口偵聽請(qǐng)求。 它為每個(gè)新連接創(chuàng)建一個(gè)新的SocketChannel實(shí)例

從通道名稱可以理解，除了文件IO之外，它們還涵蓋UDP + TCP網(wǎng)絡(luò)IO流量。 與可以在特定時(shí)刻讀取或?qū)懭氲腟treams不同，同一Channel可以無縫讀取和寫入資源。 通道支持異步讀寫，這確保了在不妨礙代碼執(zhí)行的情況下讀取數(shù)據(jù)。 上面討論的緩沖區(qū)支持通道的這種異步操作。

3.2.1通道分散和聚集

Java NIO固有地支持?jǐn)?shù)據(jù)分散和收集，以便從多個(gè)緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)寫入多個(gè)緩沖區(qū)。 Java NIO足夠智能，可以管理多個(gè)緩沖區(qū)中的讀取和寫入。
Java NIO分散用于將通道中的讀取分散到多個(gè)緩沖區(qū)中。 它的代碼實(shí)現(xiàn)非常簡(jiǎn)單。 您需要做的就是添加一個(gè)緩沖區(qū)數(shù)組作為讀取的參數(shù)。 下面顯示了相同的代碼段。

ByteBuffer buffer1 = ByteBuffer.allocate(128); ByteBuffer buffer2 = ByteBuffer.allocate(128); ByteBuffer[] buffers = {buffer1,buffer2};channel.read(buffers);

在上面的代碼中，我們創(chuàng)建了兩個(gè)每個(gè)128字節(jié)的緩沖區(qū)。 注意這里我們創(chuàng)建了一個(gè)包含兩個(gè)緩沖區(qū)的數(shù)組。 該數(shù)組作為參數(shù)進(jìn)一步傳遞給讀取的通道。 通道將數(shù)據(jù)讀入第一個(gè)緩沖區(qū)，直到達(dá)到緩沖區(qū)容量。 達(dá)到緩沖區(qū)容量后，通道將自動(dòng)切換到下一個(gè)緩沖區(qū)。 因此，讀取的通道被分散而對(duì)線程沒有任何影響。
Java NIO收集也以類似的方式工作。 讀取到多個(gè)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)也可以收集并寫入單個(gè)通道。 下面的代碼片段做了類似的事情。

ByteBuffer buffer1 = ByteBuffer.allocate(128); ByteBuffer buffer2 = ByteBuffer.allocate(128); ByteBuffer[] buffers = {buffer1,buffer2};channel.write(buffers);

該代碼類似于分散讀取。 需要理解的是信息的寫入順序。 信息從第一個(gè)緩沖區(qū)開始寫入通道。 達(dá)到第一個(gè)緩沖區(qū)的限制后，通道會(huì)自動(dòng)切換到下一個(gè)緩沖區(qū)。 重要的是要注意在此寫入過程中不會(huì)發(fā)生翻轉(zhuǎn)。 如果需要在寫入之前翻轉(zhuǎn)緩沖區(qū)，則需要在將緩沖區(qū)分配給數(shù)組之前完成。

3.2.2頻道轉(zhuǎn)移

顧名思義，通道傳輸是將數(shù)據(jù)從一個(gè)通道傳輸?shù)搅硪粋€(gè)通道的過程。 可以從通道緩沖區(qū)的特定位置進(jìn)行通道傳輸。 但是，在位置值設(shè)置為零的情況下，可以將完整的輸入源復(fù)制或復(fù)制到指定的輸出目標(biāo)。 例如，在關(guān)鍵字和文本編輯器之間建立通道，將使您能夠?qū)⑤斎霃逆I盤連續(xù)傳輸?shù)轿谋揪庉嬈鳌?
為了促進(jìn)通道傳輸，Java NIO配備了兩個(gè)函數(shù)，即transferFrom()和transferTo() 。 這些功能的用途從它們的標(biāo)識(shí)符中很清楚。 讓我們以一個(gè)例子來更好地理解這些功能。
我們將使用上面創(chuàng)建的data.txt文件作為輸入源。 我們會(huì)將數(shù)據(jù)從該文件傳輸?shù)叫挛募?strong>output.txt 。 下面的代碼使用transferFrom()方法調(diào)用執(zhí)行相同的操作。

ChannelTransfer.java

import java.io.RandomAccessFile; import java.nio.channels.FileChannel;public class ChannelTransfer {public static void main(String[] args) {try {RandomAccessFile copyFrom = new RandomAccessFile("src/data.txt", "rw");FileChannel fromChannel = copyFrom.getChannel();RandomAccessFile copyTo = new RandomAccessFile("src/output.txt", "rw");FileChannel toChannel = copyTo.getChannel();long count = fromChannel.size();toChannel.transferFrom(fromChannel, 0, count);} catch (Exception e) {System.out.println("Error: " + e);}} }

從上面的代碼中可以看出，通道fromChannel用于從data.txt中讀取數(shù)據(jù)。 toChannel用于從位置0開始的fromChannel獲取數(shù)據(jù)。重要的是要注意，整個(gè)文件都是使用FileChannel復(fù)制的。 但是，在SocketChannel某些實(shí)現(xiàn)中，情況可能并非如此。 在這種情況下，僅復(fù)制在傳輸時(shí)可在緩沖區(qū)中讀取的數(shù)據(jù)。 此行為是由于SocketChannel實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)性質(zhì)引起的。

transferTo的實(shí)現(xiàn)非常相似。 唯一需要做的更改是方法調(diào)用將使用源對(duì)象完成，而目標(biāo)通道對(duì)象將是方法調(diào)用中的一個(gè)參數(shù)。

3.3選擇器

顧名思義，選擇器用于從多個(gè)通道中選擇一個(gè)通道。 當(dāng)您計(jì)劃使用單個(gè)線程并行管理多個(gè)資源時(shí)，Java NIO中的選擇器特別有用。 選擇器充當(dāng)線程和開放通道之間的橋梁。 選擇器通常在預(yù)期線程流量較低但需要使用多個(gè)資源的情況下使用。 選擇器可能扮演的角色的示意圖設(shè)計(jì)如下所示。

NIO選擇器

選擇器的創(chuàng)建非常簡(jiǎn)單。 下面的代碼段說明了如何創(chuàng)建選擇器以及如何在選擇器中注冊(cè)頻道。

Selector myFirstSelector = Selector.open(); //opens the selector SocketChannel channel = SocketChannel.open(); channel.configureBlocking(false); SelectionKey selectorKey = channel.register(myFirstSelector, SelectionKey.OP_READ);

上面的代碼創(chuàng)建一個(gè)SocketChannel ，將其配置為非阻塞并將其注冊(cè)到選擇器。 請(qǐng)注意，我們使用了SocketChannel 。 選擇器需要可配置為非阻塞的通道。 因此，選擇器不能與FileChannel一起使用。
需要注意的另一點(diǎn)是注冊(cè)SocketChannel的第二個(gè)參數(shù)。 該參數(shù)指定我們要監(jiān)視的通道事件。 選擇器等待事件，并在事件觸發(fā)時(shí)更改其狀態(tài)。 這些事件在下面列出：

連接

接受

讀

寫

可以使用如下所示的靜態(tài)常量來配置這些事件：

SelectionKey.OP_CONNECT

SelectionKey.OP_ACCEPT

SelectionKey.OP_READ

SelectionKey.OP_WRITE

選擇器為我們提供了預(yù)定義的功能，以檢查這些事件的發(fā)生。 以下方法調(diào)用是不言自明的，可用于監(jiān)視這些事件的發(fā)生。

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

因此，當(dāng)我們計(jì)劃用較少的線程管理多個(gè)資源時(shí)，選擇器非常有用。

4. NIO頻道

4.1文件通道

這種類型的通道通常用于讀取和寫入文件。 下面顯示了用于創(chuàng)建通道并將其用于讀寫的示例代碼

ChannelRW.java

import java.io.RandomAccessFile; import java.nio.ByteBuffer; import java.nio.channels.FileChannel;public class ChannelRW {public static void main(String[] args) {System.out.println("Starting the file read..");try {RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("src/data.txt", "rw");FileChannel inChannel = aFile.getChannel();System.out.println("Created file Channel..");ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);int bytesRead = inChannel.read(buf);while (bytesRead != -1) {System.out.println("\nRead " + bytesRead);buf.flip();while(buf.hasRemaining()){System.out.print((char) buf.get());}buf.clear();bytesRead = inChannel.read(buf);}aFile.close();}catch(Exception e) {System.out.println("Error:"+e);}} }

data.txt

Hello, This is my first NIO read. I am reading multiple lines. The code is implemented for Javacodegeeks by Abhishek Kothari

在上面的代碼中，我們?cè)噲D讀取如上所述創(chuàng)建的data.txt文件。 正在使用Java NIO庫讀取該文件。 文件讀取過程涉及多個(gè)步驟。 下面顯示了針對(duì)它的逐步代碼說明。

使用RandomAccessFile對(duì)象打開文件。 這樣可以確保文件不會(huì)被阻止訪問。 類名建議，僅在需要時(shí)才允許隨機(jī)訪問文件。 因此，IO本質(zhì)上是非阻塞的

從上面創(chuàng)建的對(duì)象中獲取FileChannel對(duì)象。 該通道有助于根據(jù)需要從文件中讀取數(shù)據(jù)。 通道是文件和緩沖區(qū)之間的一種隧道設(shè)置

創(chuàng)建一個(gè)緩沖區(qū)來存儲(chǔ)從通道讀取的字節(jié)。 注意，我們已經(jīng)指定了緩沖區(qū)大小。 因此，將始終以48個(gè)字節(jié)的塊讀取數(shù)據(jù)。

從緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)，直到讀取的字節(jié)數(shù)變?yōu)樨?fù)數(shù)為止。

翻轉(zhuǎn)緩沖區(qū)后，打印已讀取的數(shù)據(jù)。 上面已經(jīng)解釋了翻轉(zhuǎn)緩沖區(qū)的原因。

關(guān)閉文件對(duì)象以防止任何形式的內(nèi)存泄漏

上面代碼的輸出如下所示：

Starting the file read.. Created file Channel..Read 48 Hello, This is my first NIO read. I am reading m Read 48 ultiple lines. The code is implemented for Javac Read 28 odegeeks by Abhishek Kothari

可見，數(shù)據(jù)以48個(gè)字節(jié)的塊讀取，并且每次出現(xiàn)“ Read 48 ”語句以顯示已讀取的字節(jié)數(shù)。 可以看出，當(dāng)?shù)竭_(dá)文件末尾時(shí)，只能讀取28個(gè)字節(jié)，因此返回計(jì)數(shù)28。

4.2 SocketChannel

這種類型的通道用于連接到http套接字。 連接到套接字的簡(jiǎn)單代碼如下所示：

SocketChannel sc = SocketChannel.open(); sc.connect(new InetSocketAddress("https://javacodegeeks.com", 8080));

套接字通道在執(zhí)行方法調(diào)用時(shí)連接到指定的URL。 為了關(guān)閉開放通道，只需執(zhí)行如下所示的相應(yīng)方法調(diào)用即可。

sc.close();

從SocketChannel讀取數(shù)據(jù)的過程類似于FileChannel 。

4.3 ServerSocketChannel

服務(wù)器套接字通道用于讀取來自套接字客戶端的套接字?jǐn)?shù)據(jù)。 可以使用以下代碼段將該通道配置為讀取。

ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();ssc.socket().bind(new InetSocketAddress(8080));while(true){SocketChannel sc =ssc.accept();//do something with sc... }

上面的代碼打開服務(wù)器端套接字，并允許來自外部SocketChannel客戶端的套接字連接。 從上面的代碼可以理解， ServerSocketChannel僅需要端口號(hào)即可啟動(dòng)套接字服務(wù)器。 一旦啟動(dòng)，它可以創(chuàng)建自己的SocketChannel來接受來自其他套接字的數(shù)據(jù)。 這就是使用Java NIO進(jìn)行無阻塞Socket IO連接的方式。

5.結(jié)論

本文詳細(xì)討論了Java NIO的各種術(shù)語。 它說明了使用各種NIO通道以非阻塞方式讀取和寫入數(shù)據(jù)的過程。 關(guān)于Java NIO庫，例如DatagramChannel，Pipes，Async通道等，還有更多的要探索。

翻譯自: https://www.javacodegeeks.com/2018/07/java-nio-tutorial.html

java nio教程

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的java nio教程_Java NIO教程的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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