Java 之NIO(一) - 简介(Buffer)

简介

NIO是New IO 的简称，在jdk1.4 里提供的新api。

与原始的java io包中面向流(stream-oriented)概念不同，NIO中采用面向块的(block-oriented)概念，这意味着在尽可能的情况下，IO操作以块为单位进行，而不是字节/字符为单位，采用这种方式可以使Java IO性能有大幅提高。

另外，与面向线程的，阻塞式IO方式相比，多道通信，非阻塞式IO机制可以更加有效的处理大量连接的应用程序。

新IO除了原有功能之外，还提供了以下新特性：

1.多路选择的，非阻塞式IO机制

2.支持文件锁及内存映射

3.支持正则表达式的模式匹配设施

4.字符集编码器和译码器

在新IO中通过使用Buffer和Channel支持以上特性。

Buffer（缓冲区）

在NIO中所有操作都需要使用缓冲区处理，所有的读写都是通过缓冲区来完成的，缓冲区是一个线性的，有序的数据集，只能存储基本数据类型。

关于Buffer类的常用方法，请查阅javadoc文档，这里不再一一列出，NIO中针对每一种基本数据类型都有一个相应的缓冲区操作类，包括(ByteBuffer,CharBuffer,ShortBuffer,IntBuffer,LongBuffer,FloatBuffer,DoubleBuffer)，关于各缓冲区操作类的方法，请查阅javadoc文档。

1. Buffer的基本用法，代码如下：

package com.ray.nio.demo;

import java.nio.IntBuffer;

/**

* 缓冲区的基本操作

*

* 在Buffer中存在一系列状态变量，用于记录操作缓冲区内容的指针位置(position)，指针的操作边界(limit)，缓冲区大小(capacity)

* position:表示下一个操作(读/写)的指针，指针永远放在最后(读/写)入的数据位置之后

* limit:limit为定界position指针的操作边界，position<limit

* capacity:定义缓冲区大小

* 本示例程序操作步骤：

* 1.为IntBuffer开辟缓冲区

* 2.向缓冲区写入数据

* 3.调用flip方法，重设缓冲区 操作指针(position)、操作边界(limit)的位置

* 4.遍历缓冲区数据

*

* @author xuleilei

*

*/

public class IntBuffer01 {

public static void main(String[] args) {

IntBuffer intBuffer = IntBuffer.allocate(10);

System.out.println("未写入数据时的缓冲区：position:" + intBuffer.position() + ",limit:" + intBuffer.limit() + ",capacity:" + intBuffer.capacity());

int pre = 0,arrs[] = {1,3,5};

intBuffer.put(pre);

intBuffer.put(arrs);

// intBuffer.put(6, 9);
此处写入数据无效，确保缓冲区起始数据依次连续存储数据

System.out.println("写入数据后的缓冲区：position:" + intBuffer.position() + ",limit:" + intBuffer.limit() + ",capacity:" + intBuffer.capacity());

// 重设缓冲区，将

intBuffer.flip();

System.out.println("调用filp方法后的缓冲区：position:" + intBuffer.position() + ",limit:" + intBuffer.limit() + ",capacity:" + intBuffer.capacity());

// 读取缓冲区中的内容

// System.out.print(intBuffer.get(3));

while(intBuffer.hasRemaining()){

System.out.print(intBuffer.get() + "、");

}

}

}

2.创建子缓冲区

package com.ray.nio.demo;

import java.nio.IntBuffer;

/**

* 创建子缓冲区

*

* NIO中可以使用各缓冲区类的slice方法从一个缓冲区中创建一个子缓冲区，子缓冲区与原缓冲区共享数据

*

* @author xuleilei

*

*/

public class IntBuffer02 {

public static void main(String[] args) {

// 开辟缓冲区空间,声明子缓冲区

IntBuffer intBuffer = IntBuffer.allocate(10),subBuffer = null;

// 向缓冲区中填充数据，10个偶数

for(int i = 0;i < 10;i++){

intBuffer.put(i*2);

}

// 将缓冲区的position指针设置在第三个元素上,并设置边界为5

intBuffer.position(2);

intBuffer.limit(5);

// 开辟子缓冲区

subBuffer = intBuffer.slice();

// 修改子缓冲区数据

for(int i=0;i<subBuffer.capacity();i++){

subBuffer.put(subBuffer.get(i) - 1);

}

// 重设缓冲区

intBuffer.flip();

intBuffer.limit(intBuffer.capacity());

// 读取缓冲区中的内容

while(intBuffer.hasRemaining()){

System.out.print(intBuffer.get() + "、");

}

}

}

3.创建只读缓冲区

package com.ray.nio.demo;

import java.nio.IntBuffer;

/**

* 创建只读缓冲区

*

* 如果希望使用缓冲区的内容，但又不希望缓冲区内容被修改，则可以通过asReadOnlyBuffer创建一个只读缓冲区。

* 注意：创建后的只读缓冲区不能变为可写状态

* @author xuleilei

*

*/

public class IntBuffer03 {

public static void main(String[] args) {

IntBuffer intBuffer = IntBuffer.allocate(10);

IntBuffer intBufferReadOnly = null;

int pre = 0,arrs[] = {1,3,5};

intBuffer.put(pre);

intBuffer.put(arrs);

// 将缓冲区变为只读缓冲区,注意在转换为只读缓冲区之前，原缓冲区确保

intBufferReadOnly = intBuffer.asReadOnlyBuffer();

// 重设缓冲区

intBufferReadOnly.flip();

// 读取缓冲区中的内容

while(intBufferReadOnly.hasRemaining()){

System.out.print(intBufferReadOnly.get() + "、");

}

// 向只读缓冲区中写入数据，非法！！！

intBufferReadOnly.put(222);

}

}

4.创建直接缓冲区

在介绍如何创建直接缓冲区前，先简单介绍下直接缓冲区和非直接缓冲区：

操作系统有用户空间与系统空间的概念，JVM对应的JAVA进程是位于用户空间的，处于该空间的进程不能直接访问硬件设备，当JAVA进程要进行I/O操作时，只能通过系统调用将控制权交给内核，内核准备好进程所需要的数据，将这些数据拷贝到用户空间缓冲区（如下图所示）

字节缓冲区要么是直接的，要么是非直接的，最大的区别是于内存位置不同。直接缓冲区可以通过allocateDirect方法来创建，也可以通过内存映射来创建，如果为直接字节缓冲区JVM会尽最大努力直接在此缓冲区上执行本机 I/O 操作。

非直接缓冲区写入步骤：
1.创建一个临时的直接ByteBuffer对象。
2.将非直接缓冲区的内容复制到临时缓冲中。
3.使用临时缓冲区执行低层次I/O操作。
4.临时缓冲区对象离开作用域，并最终成为被回收的无用数据。

如果采用直接缓冲区会少一次复制过程，如果需要循环使用缓冲区，用直接缓冲区可以很大地提高性能。虽然直接缓冲区使JVM可以进行高效的I/o操作，但它使用的内存是操作系统分配的，绕过了JVM堆栈，建立和销毁比堆栈上的缓冲区要更大的开销

package com.ray.nio.demo;

import java.nio.ByteBuffer;

/**

* 创建直接缓冲区

* @author xuleilei

*

*/

public class IntBuffer04 {

public static void main(String[] args) {

ByteBuffer byteBuf = ByteBuffer.allocateDirect(10);

byte arrs[] = {1,3,5};

byteBuf.put(arrs);

// 重设缓冲区

byteBuf.flip();

// 读取缓冲区中的内容

while(byteBuf.hasRemaining()){

System.out.print(byteBuf.get() + "、");

}

}

}

关于NIO缓冲区的基本概念及使用先讲到这里，关于Channel的讲解，继续关注...