Java NIO 学习总结

1.Java NIO 核心组成部份:

  • Channels
  • Buffers
  • Selectors
    所有的IO在NIO中都从1个Channel开始,Channel有点像流,数据可以从Channel读取到Buffer中,也能够从Buffer写到Channel中.
    Channel和Buffer有几种类型:
  • FileChannel. 从文件中读写数据
  • DatagramChannel 能通过UDP读写网络中的数据.
    • SocketChannel 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,对每个新进来的连接都会创建1个SocketChannel.
    Java NIO的通道类似流,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.
    通道可以异步地的读写.
    通道中的数据总是先读到1个Buffer,或总是要从1个Buffer中写入.

2.Buffer

1.基本用法(4个步骤):

写入数据到Buffer.
调用flip()方法.
从Buffer中读取数据.
调用clear()方法或compact()方法. 当向Buffer写入数据时,Buffer会记录写了多少数据,1旦要读取数据,* 需要通过flip()方法将Buffer从写模式切换到读模式,在读模式下,可以读取之前写入到buffer的所有数据.
1旦读完所有数据,就需要清空缓冲区,让它可以再次被写入,clear()方法会清空全部缓冲区,compact()方法只会清除已读过的数据,任何未读的数据被移动到缓冲区的起始处,新写入的数据放在其后.
Buffer的capacity,position和limit
缓冲区本质是1块可以写入数据,然后可以从中读取数据的内存.
这块内存被包装成NIO Buffer对象,并提供了1组方法,用来方便的访问该块内存.
position和limit的含义取决于Buffer处在读模式还是写模式,不管Buffer处于甚么模式,capacity的含义总是1样的.
capacity:Buffer的固定大小值.
position: 初始值为0,当1个byte,long等数据写到Buffer后,position向前移动到下1个可插入数据的Buffer单元,position最大可为capacity⑴;
当读数据时,也是从某个特定位置读,当将Buffer从写模式切换到读模式,position会被重置为0,当从Buffer的position处读取数据时,position向前移动到下1个可读的位置.
limit:在写模式下,Buffer的limit表示你最多能往Buffer里写多少数据,写模式下,limit等于Buffer的capacity。  
当切换到Buffer的读模式时,limit表示最多能读多少数据,因此,limit会被设置成写模式下的position值.

2.Buffer的分配

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

3.向Buffer中写数据

写数据到Buffer的两种方式:
从Channel写到Buffer。 
通过Buffer的put()方法写到Buffer里.
从Channel写到Buffer的例子:

int bytesRead = inChannel.write(buf);

通过put方法写Buffer的例子:

buf.put(127);

4. flip()方法

flip方法将Buffer从写模式切换到读模式。调用flip()方法会将position设回0,并将limit设置成之前position的值。
换句话说,position现在用于标记读的位置,limit表示之前写进了多少个byte、char等 —— 现在能读取多少个byte、char等。

5.从Buffer中读取数据

从Buffer中读取数据有两种方式:
  • 从Buffer读取数据到Channel。
    int byteRead = inChannel.write(buf).
  • 使用get()方法从Buffer中读取数据。
    byte aByte = buf.get();

6. rewind()方法

Buffer.rewind()将position设回0,所以你可以重读Buffer中的所有数据。limit保持不变,依然表示能从Buffer中读取多少个元素(byte、char等).

7.mark和reset()方法

通过调用Buffer.mark()方法,可以标记Buffer中的1个特定position。以后可以通过调用Buffer.reset()方法恢复到这个position。

buffer.mark();
//call buffer.get();
buffer.reset();

8.equals()

当满足以下条件时,表示两个Buffer相等:
* 有相同的类型(byte、char、int等)。
* Buffer中剩余的byte、char等的个数相等。
* Buffer中所有剩余的byte、char等都相同。
如你所见,equals只是比较Buffer的1部份,不是每个在它里面的元素都比较。实际上,它只比较Buffer中的剩余元素。

9.compareTo()方法

compareTo()方法比较两个Buffer的剩余元素(byte,char),如果满足以下条件,则认为1个Buffer小于另外1个Buffer
* 第1个不相等的元素小于另外一个Buffer中对应的元素.
* 所有元素都相等,但第1个Buffer比另外1个先耗尽.

10. scatter/gather.

  • 分散(scatter)从Channel中读取是指在读操作时将读取的数据写入多个buffer,因此Channel将从Channel中读取的数据”分散(scatter)”到多个Buffer中.
  • 聚集(gather)写入Channel是指在写操作时将多个buffer的数据写入同1个Channel,因此,Channel将多个Buffer中的数据”聚集”后发送.
  • scatter / gather常常用于需要将传输的数据分开处理的场合,例如传输1个由消息头和消息体组成的消息,你可能会将消息体和消息头分散到不同的buffer中,这样你可以方便的处理消息头和消息体。

11.transferForm()

FileChannel的transferFrom()方法可以将数据从源通道传输到FileChannel中.

public class FileChannelTest {
public static void main(String[] args) {
try{
RandomAccessFile fromFile = new RandomAccessFile("1.cpp","rw");
FileChannel fromChannel = fromFile.getChannel();
RandomAccessFile tofile = new RandomAccessFile("fei.cpp","rw");
FileChannel toChannel = tofile.getChannel();

long position = 0;
long count = fromChannel.size();
toChannel.transferFrom(fromChannel,position,count);

}catch (FileNotFoundException e){
e.printStackTrace();
}catch (IOException t){
t.printStackTrace();
}
}
}

Selector 选择器 

Select(选择器)是Java NIO 中能够检测1到多个NIO通道,并能够知晓通道是不是为诸如读写事件做好准备的组件,这样,1个单独的线程就能够管理多个channel,从而管理多个网络连接.

1.通过调用Selector.open()方法创建1个Selector,以下:

Selector selector = Selector.open();

2.向Selector注册通道

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

与Selector1起使用时,Channel必须处于非阻塞模式下,这意味着不能将FileChannel与Selector1起使用,由于FileChannel不能切换到非阻塞模式,而套接字通道都可以.
可以监听4种不同类型的事件:
1. Connect
2. Accept
3. Read
4. Write
通道触发了1个事件意思是该事件已就绪。所以,某个channel成功连接到另外一个服务器称为“连接就绪”。1个server socket channel准备好接收新进入的连接称为“接收就绪”。1个有数据可读的通道可以说是“读就绪”。等待写数据的通道可以说是“写就绪”。

3.SelectionKey

当向Selector注册Channel时,register()方法会返回1个SelectionKey对象,这个对象包括1些你感兴趣的属性.
interest集合
ready集合
Channel
Selector

4.interest集合  

interest集合是你选择的感兴趣的事件集合,可以通过SelectionKey读写interest集合,像这样:

int interestSet = selectionKey.interestOps();
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”位与”操作interest集合和给定的SelectionKey常量,可以肯定某个肯定的事件是不是在interest集合中.

5.ready集合  

ready 集合是通道已准备就绪的操作的集合。在1次选择(Selection)以后,你会首先访问这个ready set。Selection将在下1小节进行解释。可以这样访问ready集合:

int readySet = selectionKey.readOps();

可以像检测interest集合那样,来检测channel中甚么事件或操作已就绪,但是,也能够使用以下4个方法,它们都会返回1个布尔类型:

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

Channel + Selector
从SelectionKey访问Channel和Selector很简单,以下:

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

6.通过Selector选择通道

1旦向Selector注册了1个或多个通道,就能够调用几个重载的select()方法,这些方法返回你所感兴趣的事件(如连接,接受,读或写)已准备就绪的那些通道,换句话说,如果你对”读就绪事件感兴趣”,select()方法会返回读事件已就绪的那些通道.
1.int select() 阻塞到最少有1个通道在你注册的事件上就绪了.
2.select(long timeout)在timeout以内,有事件产生,返回,超时无事件也返回.
3.selectNow()不会阻塞,不管甚么通道就绪立刻返回.没有事件返回0.
4.select()方法返回的int值表示有多少通道已就绪。亦即,自上次调用select()方法后有多少通道变成绩绪状态。如果调用select()方法,由于有1个通道变成绩绪状态,返回了1,若再次调用select()方法,如果另外一个通道就绪了,它会再次返回1。如果对第1个就绪的channel没有做任何操作,现在就有两个就绪的通道,但在每次select()方法调用之间,只有1个通道就绪了。
selectedKeys()
1旦调用了select()方法,并且返回值表明有1个或更多个通道就绪了,然后可以通过调用selector的selectedKeys()方法,访问”已选择键集”(selected key set )”中就绪通道.以下: 
遍历这个已选择的键集合来访问就绪的通道:

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();
}

这个循环遍历已选择键集中的每一个键,并检测各个键多对应的通道的就绪事件.
注意每次迭代末尾的keyIterator.remove()调用。Selector不会自己从已选择键集中移除SelectionKey实例。必须在处理完通道时自己移除。下次该通道变成绩绪时,Selector会再次将其放入已选择键集中。

SelectionKey.channel()方法返回的通道需要转型成你要处理的类型,如ServerSocketChannel或SocketChannel等。
wakeup()
某个线程调用select()方法后阻塞了,即便没有通道已就绪,也有办法让其select()方法返回,只要让其它线程在第1个线程调用select()方法的那个对象上调用Selector.wakeup()方法便可,阻塞在select()方法上的线程会立马返回.
**如果有其它线程调用了wakeup()方法,但当前没有线程阻塞在select()方法上,下1个调用select()方法的线程会立即”醒来”.
close()
用完Selector后调用其close()方法会关闭Selector,且使注册到该Selector上的所有SelectionKey实例无效,通道本身不会关闭.

7.FileChannel.

FileChannel没法设置为非阻塞模式,它总是运行在阻塞模式下.
1.打开FileChannel
在使用FileChannel之前,必须先打开它,但是,我们没法直接打开1个FileChannel,需要通过使用1个InputStream,OutputStream或RandomAccessFile来获得1个FileChannel实例,

RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("1.txt","rw");
FileChannel inChannel = aFile.getChannel();

2.从FileChannel读取数据
调用多个read()方法之1从FileChannel中读取数据. 如:

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

3.向FileChannel写数据  
使用FileChannel.write()方法向FileChannel写数据,该方法的参数是1个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循环中调用的,由于没法保证write()方法1次能向FileChannel写入多少字节,因此需要重复调用write()方法,直到Buffer已没有还没有写入通道的字节.

4.关闭FileChannel

channel.close();
FileChannel的position方法.
有时可能需要在FileChannel的某个特定位置进行数据的读/写操作。可以通过调用position()方法获得FileChannel确当前位置。
也能够通过调用position(long pos)方法设置FileChannel确当前位置。

例子以下:

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

如果将位置设置在文件结束以后,然后试图从文件中读取数据,该方法将返回⑴—文件结束标志.
如果将位置设置在文件结束符以后,然后像通道中写数据,文件将撑大到当前位置并写入数据,这可能致使”文件空洞”,磁盘上物理文件中写入的数据间有空隙。 
5.FileChannel的size()方法
FileChannel实例的size()方法返回的是该实例锁关联文件的大小.

long fileSize = channel.size();

6.FileChannel的truncate方法
可使用FileChannel.truncate()方法截取1个文件,截取文件时,文件中指定长度后面的部份将被删除.

channel.truncate(1024).

7.FileChannel的force方法
FileChannel.force()方法将通道里还没有写入磁盘的数据强迫写到磁盘上。出于性能方面的斟酌,操作系统会将数据缓存在内存中,所以没法保证写入到FileChannel里的数据1定会即时写到磁盘上。要保证这1点,需要调用force()方法。
force()方法有1个boolean类型的参数,指明是不是同时将文件元数据(权限信息等)写到磁盘上。

channel.force(true);

8.SocketChannel

SocketChannel 是1个连接到TCP网络套接字的通道.可以通过以下两种方式创建SocketChannel:
* 打开1个SocketChannel并连接到互联网上的某台服务器.
* 1个新连接到达ServerSocketChannel,会创建1个SocketChannel.
打开SocketChannel
1.打开SocketChannel

SocketChannel socketChannel =SocketChannel.open();
SocketChannel.connect(new InetSocketAddress(IP,80));

2.关闭SocketChannel
当用完SocketChannel以后调用SocketChannel.close()关闭SocketChannel:

socketChannel.close();

3.从SocketChannel读取数据  
要从SocketChannel中读取数据,调用1个read()的方法之1,以下是例子:
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
int bytesRead = socketChannel.read(buf);
首先,分配1个Buffer。从SocketChannel读取到的数据将会放到这个Buffer中。
然后,调用SocketChannel.read()。该方法将数据从SocketChannel 读到Buffer中。read()方法返回的int值表示读了多少字节进Buffer里。如果返回的是⑴,表示已读到了流的末尾(连接关闭了)。
4.从SocketChannel写数据

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SocketChannel.write()方法的调用是在1个while循环中的。Write()方法没法保证能写多少字节到SocketChannel。所以,我们重复调用write()直到Buffer没有要写的字节为止。
5.非阻塞模式  
可以设置SocketChannel为非阻塞模式,设置以后,就能够在异步模式下调用connect(),read()和write()。
connect()
如果SocketChannel在非阻塞模式下,此时调用connect(),该方法可能在连接建立之前就返回了,为了肯定连接是不是建立,可以调用finishConnect()的方法.像这样: 

socketChannel.configureBlocking(false);
socketChannel.connect(new InetSocketAddress(IP,port));
while(!socketChannel.finishConnect()){
//wait,or do something else ...
}

write()
非阻塞模式下,write()方法在还没有写出任何内容时可能就返回了。所以需要在循环中调用write()。
read()
非阻塞模式下,read()方法在还没有读取到任何数据时可能就返回了。所以需要关注它的int返回值,它会告知你读取了多少字节。

9.ServerSocketChannel

ServerSocketChannel 是1个可以监听进来的TCP连接的通道,就像标准IO中的ServerSocket1样,ServerSocketChannel.
例子:

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

1.打开ServerSocketChannel
通过调用ServerSocketChannel.open()方法来打开ServerSocketChannel;

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();

2.关闭ServerSocketChannel
通过调用ServerSocketChannel.close来关闭ServerSocketChannel.  
3.监听新进来的连接 
通过ServerSocketChannel.accept()方法监听新进来的连接,当accept()返回时,包括1个新进来的连接的SocketChannel.因此.accept()方法会1直阻塞到有新连接到达.
4.非阻塞模式  
ServerSocketChannel可以设置成非阻塞模式。在非阻塞模式下,accept() 方法会立刻返回,如果还没有新进来的连接,返回的将是null。 因此,需要检查返回的SocketChannel是不是是null.如:

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

10 Pipe

管道是2个线程之间的单向数据连接,Pipe有1个source通道和1个sink通道,数据会被写到sink通道,从source通道读取.
1.创建管道  
通过Pipe.open()方法打开管道.

Pipe pipe = Pipe.open();

2.向管道中写数据

Pipe.SinkChannel sinkChannel = pipe.sink();

通过调用SinkChannel的Write()方法,将数据写入到SinkChannel,像这样:
String

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);

3.从管道中读取数据

Pipe.SourceChannel sourceChannel = pipe.source();
ByteBuffer buf =ByteBuffer.allocate(48);
int bytesRead = sourceChannel.read(buf);
read()方法的返回值int会告知我们多少自己被读进了缓冲区.
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