JAVA_NIO系列——Channel和Buffer详解

Java NIO是一个用来替代标准Java IO API的新型数据传递方式，像现在分布式架构中会经常存在他的身影。其比传统的IO更加高效，非阻塞，异步，双向

NIO主体结构

Java NIO的主要构成核心就是Buffer、Channel和Selector这三个

对于Channel我想要提醒的是，Channel中的数据总是要先读到一个Buffer，或者总是要从一个Buffer中写入

使用Selector，得向Selector注册Channel，然后调用它的select()方法。这个方法会一直阻塞到某个注册的通道有事件就绪。一旦这个方法返回，线程就可以处理这些事件

Channel

所有的 IO 在NIO 中都从一个Channel 开始。Channel 有点象流

Channel的实现

• FileChannel:从文件中读写数据

• DatagramChannel:通过UDP读写网络中的数据

• SocketChannel:通过TCP读写网络中的数据

• ServerSocketChannel:监听新进来的TCP连接，像Web服务器那样。对每一个新进来的连接都会创建一个SocketChannel

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中。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的数据写入同一个Channel，因此，Channel 将多个Buffer中的数据“聚集（gather）”后发送到Channel

通过这样的方式可以方便数据的读取，当你想要获取整个数据的一部分的时候，通过这种方式可以很快的获取数据

ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(128);
ByteBuffer body   = ByteBuffer.allocate(1024);
ByteBuffer[] bufferArray = { header, body };
channel.read(bufferArray);

read()方法按照buffer在数组中的顺序将从channel中读取的数据写入到buffer，当一个buffer被写满后，channel紧接着向另一个buffer中写

transferFrom、transferTo

实现两个Channel之间相互连接，数据传递

    public static void trainforNio() {
        RandomAccessFile fromFile=null;
        RandomAccessFile toFile=null;
        try {

            fromFile = new RandomAccessFile("src/nio.txt", "rw");
            // channel获取数据
            FileChannel fromChannel = fromFile.getChannel();
            toFile = new RandomAccessFile("src/toFile.txt", "rw");
            FileChannel toChannel = toFile.getChannel();
            System.out.println(toChannel.size());
              //position处开始向目标文件写入数据,这里是toChannel
            long position = toChannel.size();
            long count = fromChannel.size();
            toChannel.transferFrom(fromChannel, position, count);
            System.out.println(toChannel.size());
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                if (fromFile != null) {
                    fromFile.close();
                }
                if (toFile != null) {
                    toFile.close();
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

transferFrom、transferTo作用是一样的，只是一个是tochannal调用，一个是fromchannnal调用

在实际的运用中可能存在源通道的剩余空间小于 count 个字节，则所传输的字节数要小于请求的字节数

在SoketChannel的实现中，SocketChannel只会传输此刻准备好的数据（可能不足count字节）。因此，SocketChannel可能不会将请求的所有数据(count个字节)全部传输到FileChannel中

看官一定要仔细看我栗子中的注释

Buffer

Buffer是一个缓存区，其会将Channel中的数据存储起来

Buffer的实现

• ByteBuffer

• CharBuffer

• DoubleBuffer

• FloatBuffer

• IntBuffer

• LongBuffer

• ShortBuffer

• MappedByteBuffer

capacity,position,limit

在讲解该主题之前，首先要明白读模式和写模式，无论是Channel还是Buffer都存在这两种模式，要理解这两种模式，第一步要明确主题是哪一个，是Channel还是Buffer。举个栗子，主角是Channel，读模式的含义就是从Buffer中获取数据，写模式就是将数据写入Buffer，对于Buffer则是相反。搞清楚这一点，理解下面的就要相对清楚一点

• capacity:作为一个内存块，其就代表了当前Buffer能最多暂存多少数据量，存储的数据类型则是根据上面的Buffer对象类型，一旦Buffer满了，需要将其清空（通过读数据或者清除数据）才能继续写数据往里写数据

• position:代表当前数据读或写处于那个位置。读模式：被重置从0开始，最大值可能为capacity-1或者limit-1，写模式：被重置从0开始，最大值为limit-1

• limit:最多能往Buffer里写多少数据，limit大小跟数据量大小和capacity有关，读模式：数据量>capacity时，limit=capacity，数据量=capacity时，limit=capacity，数据量<capacity时，limit<capacity，写模式：limit<=capacity

import java.io.IOException;
import java.io.RandomAccessFile;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class Method {
    public static void nio() {
        RandomAccessFile aFile = null;
        try {

            aFile = new RandomAccessFile("src/nio.txt", "rw");
            // channel获取数据
            FileChannel fileChannel = aFile.getChannel();
            // 初始化Buffer，设定Buffer每次可以存储数据量
            // 创建的Buffer是1024byte的，如果实际数据本身就小于1024，那么limit就是实际数据大小
            ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
            // channel中的数据写入Buffer
            int bytesRead = fileChannel.read(buf);
            System.out.println(bytesRead);

            while (bytesRead != -1) {
                // Buffer切换为读取模式
                buf.flip();
                // 读取数据
                while (buf.hasRemaining()) {
                    System.out.print((char) buf.get());
                }
                // 清空Buffer区
                buf.compact();
                // 继续将数据写入缓存区
                bytesRead = fileChannel.read(buf);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                if (aFile != null) {
                    aFile.close();
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        Method.nio();
    

Buffer读写数据步骤

1. 写入数据到Buffer(fileChannel.read(buf))

2. 调用flip()方法(buf.flip())

3. 从Buffer中读取数据(buf.get())

4. 调用clear()方法或者compact()方法(buf.compact())

Buffer方法

flip():将Buffer读模式切换到写模式，并且将position制为0

clear():清空整个缓冲区

compact():只会清除已经读过的数据。任何未读的数据都被移到缓冲区的起始处，新写入的数据将放到缓冲区未读数据的后面

allocate(1024):初始化Buffer，设定的值就决定capacity值的大小

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，仍然表示能从Buffer中读取多少个元素（byte、char等）

mark()与reset():通过调用Buffer.mark()方法，可以标记Buffer中的一个特定position。之后可以通过调用Buffer.reset()方法恢复到这个position

equals():当满足下面三个条件时，两个Buffer才是相等

• 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

只比较的是剩余的数据

compareTo():满足下列条件，则认为一个Buffer“小于”另一个Buffer

• 第一个不相等的元素小于另一个Buffer中对应的元素

• 所有元素都相等，但第一个Buffer比另一个先耗尽(第一个Buffer的元素个数比另一个少)

Selector

Selector允许单线程处理多个 Channel。如果你的应用打开了多个连接（通道），但每个连接的流量都很低，使用Selector就会很方便

关于selector的知识内容比较多了，我打算在下一期进行详细说明

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