抛砖引玉NIO

NIO

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在软件系统中，由于I/O的速度远比内存速度慢，所以I/O很容易成为系统的瓶颈。New I/O的简称，与旧式基于流的I/O相对。拥有如下特性：

1. 为所有的原始类型提供Buffer缓存支持
2. 使用Java.nio.charset.Charset作为字符集编码解码解决方案
3. 增加通道Channel对象，作为新的原始I/O抽象
4. 支持锁和内存映射文件的文件访问接口
5. 提供了基于Selector的异步网络I/O
6. 以（Block）块为基本单位处理数据

最为重要的两个组件是缓冲Buffer和通道Channel。缓冲是一块连续的内存，是NIO读写数据的中转地。通道表示缓冲数据的源头或者目的地，用于向缓冲读取或者写入数据，是访问缓冲的接口，关系如图

Channel是一个双向通道，既可读，又可写。类似于Stream,但是Stream是单向的。应用程序不能直接对Channel进行读写操作，必须通过Buffer。比如在读一个Channel的时候，需要将数据读到相应的Buffer，然后从Buffer中读取。比如在读文件时，首先将文件打开，取得文件的Channel

下面用一个文件复制的例子展示读取文件和写入文件的操作

Buffer的基本原理

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Buffer有三个重要参数，分别如下

写模式：

1. position位置：当前缓冲区的位置，将从position的下一个位置写数据
2. capactiy容量：缓冲区的总容量上限
3. limit上限：缓冲区的实际上限，他总是小于或者等于容量。

读模式：

1. position位置：当前缓冲区读取的位置，将从此位置后，读取数据
2. capactiy容量：缓冲区的总容量上限
3. limit上限：代表可读取的总容量，和上写写入的数据量相等

举个Buffer的例子

首先分配15个字节的缓冲，p=0,c=15,l=15，如下图

接着Buffer中被放入了10个byte，因此p向前移动，因为p位置始终指向下一个即将输入的位置，所以p=10,c和l不变，如下图

接着执行flip()操作。该操作会重置p。通常，将Buffer从写模式转换为读模式时需要执行此方法。flip()操作不仅重置了当前的p=0，还将limit设置到p的位置，这样做是防止在读模式中，读到应用程序根本没有操作的区域，此时如下图

接着执行5次读操作，和写操作一样，读操作也会设置p到当前位置，如下图

最后执行flip(),p归零，limit设置到position的位置，如下图

Buffer的相关操作

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1.Buffer的创建：有两种方式：

（1）使用静态方法allocate()从堆中分配缓冲区

（2）从一个既有数组中创建缓冲区

2.重置和清空缓冲区

（1）rewind():将position置零，并清楚标志位mark，他的作用在于提取Buffer的有效数据做准备

（2）clear():将position置零，同时将limit设置为capacity的大小，并清除了标志mask。由于清除了limit,就无法得知Buffer内哪些数据是真实有效的，该方法用于为重新写Buffer做准备

（3）flip():先将limit设置到position的位置，然后将position置零，并清除标志位mark，用在读写转换时使用

3.读/写缓冲区：比如get(),put()等方法

4.标志缓冲区：标志mark缓冲区是一项在数据处理时很有用的功能，他就像书签一样，在数据处理过程中，可以随时记录当前位置。在任意时刻，回到这个位置，从而加快和简化数据处理流程。主要方法为：

mark():记录当前位置

reset():恢复到mark所在的位置

5.复制缓冲区：以原缓冲区为基础，生成一个完全一样的新缓冲区，用duplicate()。这个函数对处理复杂的Buffer数据很好用，因为新生成的缓冲区和原缓冲共享相同的内存数据，并且一方的数据改动都相互可见，但两者又独立维护了各自的position,limit,mark，增加了灵活性。

6.缓冲分片：slice();将现有缓冲区中，创建新的子缓冲区，子缓冲区和父缓冲区共享数据。这个方法有助于将系统模块化。当需要处理一个Buffer的一个片段时，可以使用slice()方法获得一个子缓冲区，将后就像处理普通缓冲区一样处理，无需考虑缓冲区的边界问题。

7.只读缓冲区：用asReadOnlyBuffer()方法得到一个当前缓冲区一致的，并且共享内存数据的只读缓冲区。只读缓冲区对于数据安全非常有用。当缓冲区作为参数传递给对象的某个方法时，由于无法确定该方法是否破坏缓冲区的数据，此时，使用只读缓冲区可以保证数据不被修改。同时，因为只读缓冲区和原始缓冲区是共享内存块的，因此对原始缓冲区修改，只读缓冲区可见。

8.文件映射到内存：使用FileChannel.map()

9.处理结构化数据：称为散射（Scattering）和聚集（Gathering）。散射是指将数据读入一组Buffer中，而不仅仅是一个。聚集相反，是指将数据写入一组Buffer中。主要通过ScatteringByteChannel和GatheringByteChannel接口提供操作。

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