Java之NIO(一)Channel和Buffer

java NIO 就是NEW I O，他與傳統IO的最大的區別是 它是非阻塞IO。

Java NIO和IO之間的主要差別：

IO                NIO

面向流            面向緩衝

阻塞IO            非阻塞IO

無                 選擇器

他們各自適用於不同的環境，這裏只簡單的說明其區別，具體的見博客：

http://ifeve.com/java-nio-vs-io/

NIO的核心api 是 Channel、Buffer和Selector，本品文章着重介紹前兩種。

一個簡單例子

首先舉一個簡單的例子進行說明，這個例子使用NIO的api向一個文件中寫入數據，然後把他讀出來打印，此例子的註釋很詳細，可細細品味，另外有關NIO的概述可見譯文：

http://ifeve.com/channels/

/**
 * NIO 簡單測試例子，向一個文件中寫入數據，然後把它讀出來。這個例子
 * 主要說明 NIO 和傳統IO的不同，需要注意channel 和 buffer的使用。
 * 理解 NIO 是面向緩衝的。而IO是面向流的。
 * 
 * 以下例子要理解NIO的使用 過程，1 定義一個 channel , 2,定義一個buffer 
 * 3 向buffer寫數據 （寫的含義有兩種，與channel有關） 4 轉換爲讀模式 5.讀取buffer數據 （讀的含義與channel的方向有關）
 *
 */
public class Main {

	public static void main(String[] args) throws IOException {
		
		
		
		
		File a = new File("test.txt");
		if (!a.exists()) {
			a.createNewFile();
		}
		
		
		FileOutputStream out = new FileOutputStream(a);
		//構造輸出channel，這裏使用filechannel
		FileChannel outChannel = out.getChannel();
		
		
		String testStr  = "Lina , i love you";
		//構造一個輸出的緩存。
		ByteBuffer byteBuffer1 = ByteBuffer.allocate(512);
		
		//put方法向緩存中寫數據，注意是寫
	     byteBuffer1.put(testStr.getBytes());
		//下面的三行代碼將向文件中寫數據，filp()方法把buffer轉換爲讀模式，然後使用channel的寫方法寫數據到文件。
		//注意的是，outChannel 寫入文件的數據是從charbuffer“讀取”的， 寫入或者讀取 是針對buffer而言，不是根據channel說的，這點需要理解
	     byteBuffer1.flip();
		while (byteBuffer1.hasRemaining()) {
			outChannel.write(byteBuffer1);
		}
		



		
		outChannel.close();
		out.close();
		FileInputStream in = new FileInputStream(a);
		//構造輸入channel和 buffer，跟以上對比，channel的方向是 底層的包裝層決定的。
		FileChannel inChannel = in.getChannel();
		ByteBuffer inBuffer = ByteBuffer.allocate(512);
		//循環讀取文件數據，寫入到 buffer中，注意這裏還是寫入buffer
		while (inChannel.read(inBuffer)!=-1) {
		}
		//轉換爲讀模式，flip方法調用後，buffer會發生一些變化，這裏暫不討論。
		inBuffer.flip();
		
		byte[] dest = new byte[inBuffer.limit()];
		//讀取數據到byte數組。
		inBuffer.get(dest, 0, inBuffer.limit());
		
		inChannel.close();
		in.close();

		System.out.println(new String(dest));
		
		
		
	}

Channel

官方文檔定義channel指“與一個實體的連接”，這個實體可以是一個設備、文件、socket等。channel的接口定義本身簡單，JDK提供了幾種實現。

public interface Channel extends Closeable {
 
     public boolean isOpen();
 
     public void close() throws IOException;
 
}

上圖展示了channel的體系，可見WritableByteChannel和ReadableByteChannel 分別擴展了channel接口，加入了讀和寫的功能，其中最常見的實現已經分別用紅色框起來，他們分別適用於不同的場合。

FileChannel 從文件中讀寫數據，與fileinput/outputStream對應

DatagramChannel 能通過UDP讀寫網絡中的數據。對應DatagramSocket

SocketChannel 能通過TCP讀寫網絡中的數據。對應IO中的socket

ServerSocketChannel可以監聽新進來的TCP連接，像Web服務器那樣。對每一個新進來的連接都會創建一個SocketChannel。對應IO中ServerSocket

Buffer

首先貼一張圖來表示Channel和Buffer的關係，即channel是通過buffer來讀寫數據的。關於buffer，http://ifeve.com/buffers/ ，以上地址翻譯的很好，這裏摘出裏面的部分內容。

基本用法

簡單的例子中，已經說明了channel和buffer的基本用法這裏，做個簡單的總結，

使用Buffer讀寫數據一般遵循以下四個步驟：

1.     寫入數據到Buffer

2.     調用flip()方法

3.     從Buffer中讀取數據

4.     調用clear()方法或者compact()方法

當向buffer寫入數據時，buffer會記錄下寫了多少數據。一旦要讀取數據，需要通過flip()方法將Buffer從寫模式切換到讀模式。在讀模式下，可以讀取之前寫入到buffer的所有數據。

一旦讀完了所有的數據，就需要清空緩衝區，讓它可以再次被寫入。有兩種方式能清空緩衝區：調用clear()或compact()方法。clear()方法會清空整個緩衝區。compact()方法只會清除已經讀過的數據。任何未讀的數據都被移到緩衝區的起始處，新寫入的數據將放到緩衝區未讀數據的後面。

Buffer的屬性

buffer有三個基本的屬性capacity limit position.

capacity 是指buffer的大小，在buffer建立的時候已經確定。

limit 當buffer處於寫模式，指還可以寫入多少數據，處於讀模式，指還有多少數據可以讀。

position 當buffer處於寫模式，指下一個寫數據的位置， 處於讀模式，當前將要讀取的數據的位置。每讀寫一個數據，position+1

也就是 limit 和position在 buffer的讀/寫時的含義不一樣。當調用buffer的flip方法，由寫模式變爲讀模式時，

limit(讀)=position(寫)

position(讀) =0;

Buffer的類型

buffer有多種類型，不同的buffer提供不同的方式操作buffer中的數據。

buffer的操作

寫數據

寫數據到buffer有兩種情況：

1.     從channel寫到 buffer，如例子中channel從文件中讀取數據，寫到channel

2.     直接調用put方法，往裏面寫數據

flip()

這個操作已經解釋過，轉換buffer爲讀模式

讀數據

從Buffer中讀取數據有兩種方式：

1.     從Buffer讀取數據到Channel。

2.     使用get()方法從Buffer中讀取數據。

rewind()

Buffer.rewind()將position設回0，所以你可以重讀Buffer中的所有數據。limit保持不變，仍然表示能從Buffer中讀取多少個元素（byte、char等）。

clear() 和 compact()方法

一旦讀完Buffer中的數據，需要讓Buffer準備好再次被寫入。可以通過clear()或compact()方法來完成。

如果調用的是clear()方法，position將被設回0，limit被設置成 capacity的值。換句話說，Buffer 被清空了。Buffer中的數據並未清除，只是這些標記告訴我們可以從哪裏開始往Buffer裏寫數據。

如果Buffer中有一些未讀的數據，調用clear()方法，數據將“被遺忘”，意味着不再有任何標記會告訴你哪些數據被讀過，哪些還沒有。

如果Buffer中仍有未讀的數據，且後續還需要這些數據，但是此時想要先先寫些數據，那麼使用compact()方法。

compact()方法將所有未讀的數據拷貝到Buffer起始處。然後將position設到最後一個未讀元素正後面。limit屬性依然像clear()方法一樣，設置成capacity。現在Buffer準備好寫數據了，但是不會覆蓋未讀的數據。