Java NIO 简介
Java NIO（New IO）是从 Java 1.4 版本开始引入的一个新的 IO API，可以替代标准的 Java IO API。NIO 与原来的 IO 有同样的作用和目的，但是使用的方式完全不同，NIO支持面向缓冲区的、基于通道的 IO 操作。NIO 将以更加高效的方式进行文件的读写操作。
Java NIO 与 IO 的主要区别
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通道（Channel）与缓冲区（Buffer）
Java NIO 系统的核心在于：通道（Channel）和缓冲区（Buffer）。通道表示打开到 IO 设备（例如：文件、套接字）的连接。若需要使用 NIO 系统，需要获取用于连接 IO 设备的通道以及用于容纳数据的缓冲区。然后操作缓冲区，对数据进行处理。
举个例子，通道就像铁路，而缓冲区就像火车，铁路本身不能运输数据，火车才可以运输。
缓冲区（Buffer）
一个用于特定基本数据类型的容器。由 java.nio 包定义的，所有缓冲区都是 Buffer 抽象类的子类。
Java NIO 中的 Buffer 主要用于与 NIO 通道进行交互，数据是从通道读入缓冲区，从缓冲区写入通道中的。
Buffer 就像一个数组，可以保存多个相同类型的数据。根据数据类型不同（boolean 除外），有以下 Buffer 常用子类：
- ByteBuffer
- CharBuffer
- ShortBuffer
- IntBuffer
- LongBuffer
- FloatBuffer
- DoubleBuffer
上述 Buffer 类 他们都采用相似的方法进行管理数据，只是各自管理的数据类型不同而已。都是通过如下方法获取一个 Buffer 对象：
static XxxBuffer allocate(int capacity) : 创建一个容量为 capacity 的 XxxBuffer 对象
缓冲区的基本属性
-
容量 (capacity) ：表示 Buffer 最大数据容量，缓冲区容量不能为负，并且创建后不能更改。
-
限制 (limit)：第一个不应该读取或写入的数据的索引，即位于 limit 后的数据不可读写。缓冲区的限制不能为负，并且不能大于其容量。（可以操作数据的大小）
-
位置 (position)：下一个要读取或写入的数据的索引。缓冲区的位置不能为负，并且不能大于其限制。
通过下面的代码可以更好的理解 capacity、limit、以及 position：
String str = "abcde"; // 1. 分配一个指定大小的缓冲区 ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024); System.out.println("-----------------allocate()----------------"); System.out.println(buf.position()); System.out.println(buf.limit()); System.out.println(buf.capacity()); // 2. 利用 put() 存入数据到缓冲区中 buf.put(str.getBytes()); System.out.println("-----------------put()----------------"); System.out.println(buf.position()); System.out.println(buf.limit()); System.out.println(buf.capacity()); // 3. 切换读取数据模式 buf.flip(); System.out.println("-----------------flip()----------------"); System.out.println(buf.position()); System.out.println(buf.limit()); System.out.println(buf.capacity()); // 4. 利用 get() 读取缓冲区中的数据 byte[] dst = new byte[buf.limit()]; buf.get(dst); System.out.println(new String(dst, 0, dst.length)); System.out.println("-----------------get()----------------"); System.out.println(buf.position()); System.out.println(buf.limit()); System.out.println(buf.capacity()); // 5. rewind() : 可重复读 buf.rewind(); System.out.println("-----------------rewind()----------------"); System.out.println(buf.position()); System.out.println(buf.limit()); System.out.println(buf.capacity()); // 6. clear() : 清空缓冲区. 但是缓冲区中的数据依然存在，但是处于“被遗忘”状态，数据还在，但是指针位置变了 buf.clear(); System.out.println("-----------------clear()----------------"); System.out.println(buf.position()); System.out.println(buf.limit()); System.out.println(buf.capacity()); // 所以这里还是能取得到数据的 System.out.println((char) buf.get());
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运行结果：
-----------------allocate()---------------- 0 1024 1024 -----------------put()---------------- 5 1024 1024 -----------------flip()---------------- 0 5 1024 abcde -----------------get()---------------- 5 5 1024 -----------------rewind()---------------- 0 5 1024 -----------------clear()---------------- 0 1024 1024 a -
标记 (mark)与重置 (reset)：标记是一个索引，通过 Buffer 中的 mark() 方法指定 Buffer 中一个特定的 position，之后可以通过调用 reset() 方法恢复到这个 position（标记，表示记录当前 position 的位置。可以通过 reset() 恢复到 mark 的位置）。
String str = "abcde"; ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024); buf.put(str.getBytes()); buf.flip(); byte[] dst = new byte[buf.limit()]; buf.get(dst, 0, 2); System.out.println(new String(dst, 0, 2)); System.out.println(buf.position()); System.out.println("--------------"); // mark() : 标记 buf.mark(); buf.get(dst, 2, 2); System.out.println(new String(dst, 2, 2)); System.out.println(buf.position()); System.out.println("--------------"); // reset() : 恢复到 mark 的位置 buf.reset(); System.out.println(buf.position()); // 判断缓冲区中是否还有剩余数据 if(buf.hasRemaining()){ // 获取缓冲区中可以操作的数量 System.out.println(buf.remaining()); }标记、位置、限制、容量遵守以下不变式： 0 <= mark <= position <= limit <= capacity
缓冲区的数据操作
Buffer 所有子类提供了两个用于数据操作的方法：get() 与 put() 方法。
- 获取 Buffer 中的数据
- get() ：读取单个字节
- get(byte[] dst)：批量读取多个字节到 dst 中
- get(int index)：读取指定索引位置的字节(不会移动 position)
- 放入数据到 Buffer 中
- put(byte b)：将给定单个字节写入缓冲区的当前位置
- put(byte[] src)：将 src 中的字节写入缓冲区的当前位置
- put(int index, byte b)：将指定字节写入缓冲区的索引位置(不会移动 position)
Buffer 的常用方法
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通道（Channel）
由 java.nio.channels 包定义的。Channel 表示 IO 源与目标打开的连接。Channel 类似于传统的“流”。只不过 Channel 本身不能直接访问数据，Channel 只能与 Buffer 进行交互。
Java 为 Channel 接口提供的最主要实现类如下：
- FileChannel：用于读取、写入、映射和操作文件的通道。
- DatagramChannel：通过 UDP 读写网络中的数据通道。
- SocketChannel：通过 TCP 读写网络中的数据。
- ServerSocketChannel：可以监听新进来的 TCP 连接，对每一个新进来的连接都会创建一个 SocketChannel。
获取通道
获取通道的一种方式是对支持通道的对象调用 getChannel() 方法。支持通道的类如下：
- FileInputStream
- FileOutputStream
- RandomAccessFile
- DatagramSocket
- Socket
- ServerSocket
获取通道的其他方式是使用 Files 类的静态方法 newByteChannel() 获取字节通道。或者通过通道的静态方法 open() 打开并返回指定通道。
通道的数据传输
非直接缓冲区
// 文件的复制
FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("1.jpg");
FileChannel inputStreamChannel = fileInputStream.getChannel();
FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("2.jpg");
FileChannel outputStreamChannel = fileOutputStream.getChannel();
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
// 将通道数据存入缓冲区
while (inputStreamChannel.read(buffer)!=-1){
buffer.flip();
outputStreamChannel.write(buffer);
buffer.clear();
}
直接缓冲区
// 直接缓冲区
FileChannel inChannel = FileChannel.open(Paths.get("d:/1.mkv"), StandardOpenOption.READ);
FileChannel outChannel = FileChannel.open(Paths.get("d:/2.mkv"), StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.READ, StandardOpenOption.CREATE);
// 内存映射文件
MappedByteBuffer inMappedBuf = inChannel.map(MapMode.READ_ONLY, 0, inChannel.size());
MappedByteBuffer outMappedBuf = outChannel.map(MapMode.READ_WRITE, 0, inChannel.size());
// 直接对缓冲区进行数据的读写操作
byte[] dst = new byte[inMappedBuf.limit()];
inMappedBuf.get(dst);
outMappedBuf.put(dst);
通道之间的数据传输
FileChannel inChannel = FileChannel.open(Paths.get("d:/1.mkv"), StandardOpenOption.READ);
FileChannel outChannel = FileChannel.open(Paths.get("d:/2.mkv"), StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.READ, StandardOpenOption.CREATE);
inChannel.transferTo(0, inChannel.size(), outChannel);
// outChannel.transferFrom(inChannel, 0, inChannel.size());
分散（Scatter）和聚集（Gather）
分散读取（Scattering Reads）是指从 Channel 中读取的数据“分散”到多个 Buffer 中。
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按照缓冲区的顺序，从 Channel 中读取的数据依次将 Buffer 填满。
聚集写入（Gathering Writes）是指将多个 Buffer 中的数据“聚集”到 Channel。
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注意：按照缓冲区的顺序，写入 position 和 limit 之间的数据到 Channel 。
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