10分鐘學會NIO技術

NIO的概述

NIO是New I/O的簡稱，與舊式基於流的I/O相對，從名字上來看，它表示新的一套I/O標準。它是從JDK1.4中被納入到JDK中的。

與舊式的IO流相比，NIO是基於Block的，它以塊爲單位來處理數據，最爲重要的兩個組件是緩衝區Buffer和通道Channel。緩衝區是一塊連續的內存塊，是NIO讀寫數據的載體；通道表示緩衝數據的源頭和目的地，它用於向緩衝區讀取或者寫入數據，是訪問緩衝區的接口。

Buffer的基本原理

Buffer中最重要的3個參數：位置（position）、容量（capacity）、上限（limit）。他們3者的含義如下

位置（position）: 表示當前緩衝區的位置，從position位置之後開始讀寫數據。
容量（capacity）: 表示緩衝區的最大容量
上限（limit）:		表示緩衝區的實際上限，它總是小於或等於容量

緩衝區的容量（capacity）是不變的，而位置（position）和上限（limit）和以根據實際需要而變化。也就是說，可以通過改變當前位置和上限來操作緩衝區內任意位置的數據。

Buffer的常用方法

NIO提供一系列方法來操作Buffer的位置（position）和上限（limit），以及向緩衝區讀寫數據。

put() //向緩衝區position位置添加數據。並且position往後移動，不能超過limit上限。
get() //讀取當前position位置的數據。並且position往後移動，不能超過limit上限。
flip() //將limit置位爲當前position位置，再講position設置爲0
rewind() //僅將當前position位置設置爲0
remaining //獲取緩衝區中當前position位置和limit上限之間的元素數（有效的元素數）
hasRemaining() //判斷當前緩衝區是否存在有效的元素數
mark() //在當前position位置打一個標記
reset() //將當前position位置恢復到mark標記的位置。
duplicate() //複製緩衝區

創建緩衝區

//創建一個容量爲10的緩衝區
ByteBuffer byteBuffer1=ByteBuffer.allocate(10);

//創建一個包裹數據的緩衝區
ByteBuffer byteBuffer2 = ByteBuffer.wrap("abcde".getBytes());

獲取/設置緩衝區參數

//創建一個容量爲10的緩衝區
ByteBuffer byteBuffer=ByteBuffer.allocate(10);
System.out.println("位置："+byteBuffer.position());  //0
System.out.println("上限："+byteBuffer.limit()); //10
System.out.println("容量："+byteBuffer.capacity());//10

添加數據到緩衝區

//創建一個容量爲10的緩衝區
ByteBuffer byteBuffer=ByteBuffer.allocate(10);
//添加數據到緩衝區
byteBuffer.put("abcde".getBytes());
System.out.println("position位置："+byteBuffer.position()); //5
System.out.println("limit上限："+byteBuffer.limit()); //10
System.out.println("capacity容量："+byteBuffer.capacity()); //10

rewind重置緩衝區

rewind函數將position置爲0位置，並清除標記。

//創建一個容量爲10的緩衝區
ByteBuffer byteBuffer=ByteBuffer.allocate(10);
//添加數據到緩衝區
byteBuffer.put("abcde".getBytes());

System.out.println("position位置："+byteBuffer.position()); //5
System.out.println("limit上限："+byteBuffer.limit()); //10
System.out.println("capacity容量："+byteBuffer.capacity()); //10

System.out.println("------------");

//重置緩衝區
byteBuffer.rewind();
System.out.println("position位置："+byteBuffer.position()); //0
System.out.println("limit上限："+byteBuffer.limit()); //10
System.out.println("capacity容量："+byteBuffer.capacity());//10

flip重置緩衝區

flip函數現將limit設置爲position位置，再將position置爲0位置，並清除mar標記。

//創建一個容量爲10的緩衝區
ByteBuffer byteBuffer=ByteBuffer.allocate(10);
//添加數據到緩衝區
byteBuffer.put("abcde".getBytes());

System.out.println("position位置："+byteBuffer.position()); //5
System.out.println("limit上限："+byteBuffer.limit()); //10
System.out.println("capacity容量："+byteBuffer.capacity()); //10

System.out.println("------------");

//重置緩衝區
byteBuffer.flip();
System.out.println("position位置："+byteBuffer.position()); //0
System.out.println("limit上限："+byteBuffer.limit()); //5
System.out.println("capacity容量："+byteBuffer.capacity());//10

clear清空緩衝區

clear方法也將position置爲0，同時將limit置爲capacity的大小，並清除mark標記。

//創建一個容量爲10的緩衝區
ByteBuffer byteBuffer=ByteBuffer.allocate(10);
//設置上限爲5
byteBuffer.limit(5);
//添加數據到緩衝區
byteBuffer.put("abcde".getBytes());

System.out.println("position位置："+byteBuffer.position()); //5
System.out.println("limit上限："+byteBuffer.limit()); //5
System.out.println("capacity容量："+byteBuffer.capacity()); //10

System.out.println("------------");

//重置緩衝區
byteBuffer.clear();
System.out.println("position位置："+byteBuffer.position()); //0
System.out.println("limit上限："+byteBuffer.limit()); //10
System.out.println("capacity容量："+byteBuffer.capacity());//10

標記和恢復

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
//添加數據到緩衝區
buffer.put("abcde".getBytes());
//打一個標記
buffer.mark();
System.out.println("標記位置："+buffer.position()); //5
//再添加5個字節數據到緩衝區
buffer.put("fijkl".getBytes());
System.out.println("當前位置："+buffer.position()); //10
//將position恢復到mark標記位置
buffer.reset();
System.out.println("恢復標記位置："+buffer.position());//5

FileChannel通道

FileChannel是用於操作文件的通道，可以用於讀取和寫入文件中的數據。

//創建讀取文件通道
FileChannel fisChannel = new FileInputStream("day05/src/a.txt").getChannel();
//創建寫入文件的通道
FileChannel fosChannel = new FileOutputStream("day05/src/b.txt").getChannel();
//創建緩衝區
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(2);
while (fisChannel.read(buffer)!=-1){
  System.out.println("position:"+buffer.position()); //0
  System.out.println("limit:"+buffer.limit());//2
  //重置緩衝區(爲輸出buffer數據做準備)
  buffer.flip();
  fosChannel.write(buffer);
  //重置緩衝區(爲輸入buffer數據做準備)
  buffer.clear();
}
//關閉通道
fisChannel.close();
fosChannel.close();

SocketChannel通道

下面代碼使用SocketChannel通道上傳文件到服務器

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //創建通道
        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 10000));
        //創建緩衝區
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        //讀取本地文件數據到緩衝區
        FileChannel fisChannel = new FileInputStream("day05/src/a.txt").getChannel();
        while (fisChannel.read(buffer)!=-1){
            buffer.flip(); //爲寫入數據做準備
            socketChannel.write(buffer);
            buffer.clear(); //爲讀取數據做準備
        }
        //關閉本地通道
        fisChannel.close();
        //socketChannel.shutdownOutput();

        //讀取服務端回寫的數據
        buffer.clear();
        int len = socketChannel.read(buffer);
        System.out.println(new String(buffer.array(), 0, len));

        //關閉socket通道
        socketChannel.close();
    }
}

ServerSocketChannel通道

下面代碼使用ServerSocketChannel通道接收文件並保存到服務器

public class Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1.創建ServerSocketChannel通道
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        //2.綁定端口號
        serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(10000));
        //3.設置非阻塞
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
        System.out.println("服務器已開啓");
        while (true) {
            //4.獲取客戶端通道，如果有客戶端連接返回客戶端通道，否則返回null
            SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
            if(socketChannel!=null){
                socketChannel.configureBlocking(false);
                //創建本地通道，用於往文件中寫數據
                UUID uuid = UUID.randomUUID();
                FileChannel fosChannel=new FileOutputStream("day05/src/"+uuid+".txt").getChannel();
                ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(1024);
                while (socketChannel.read(buffer)>0){
                    buffer.flip(); //準備把緩衝區數據輸出
                    fosChannel.write(buffer);
                    buffer.clear();//準備讀取數據到緩衝區
                }
                fosChannel.close();

                //回寫數據到客戶端
                ByteBuffer resultBuffer=ByteBuffer.wrap("上傳文件成功".getBytes());
                socketChannel.write(resultBuffer);

                //關閉客戶端通道
                socketChannel.close();
            }
        }
    }
}

NIO Selector選擇器

Selector 一般稱爲選擇器 ，當然你也可以翻譯爲 多路複用器 。它是Java NIO核心組件中的一個，用於檢查一個或多個NIO Channel（通道）的狀態是否處於可讀、可寫。如此可以實現單線程管理多個channels,也就是可以管理多個網絡鏈接。

使用Selector的服務器模板代碼

有了模板代碼我們在編寫程序時，大多數時間都是在模板代碼中添加相應的業務代碼

ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
ssc.socket().bind(new InetSocketAddress("localhost", 8080));
ssc.configureBlocking(false);

Selector selector = Selector.open();
ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

while(true) {
    int readyNum = selector.select();
    if (readyNum == 0) {
        continue;
    }
    Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
    Iterator<SelectionKey> it = selectedKeys.iterator();
    while(it.hasNext()) {
        SelectionKey key = it.next();
        if(key.isAcceptable()) {
            // 接受連接
        } else if (key.isReadable()) {
            // 通道可讀
        } else if (key.isWritable()) {
            // 通道可寫
        }
        it.remove();
    }
}

10分鐘學會NIO技術

Buffer的基本原理

Buffer的常用方法

FileChannel通道

SocketChannel通道

ServerSocketChannel通道

NIO Selector選擇器

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