Java NIO入門學習（一）
本文為NIO入門學習的第一篇，將會介紹NIO中幾個重要的概念。
I/O即輸入輸出，指的是計算機和外界的介面，或者是單個程式同計算機其他部分的介面。 在Java1.4之前的I/O系統中，提供的都是面向流的I/O系統，系統每次處理一個位元組，輸入流（input stream）生產一個位元組，輸出流（output stream）消費一個位元組。這種工作模式下，非常容易給流資料建立過濾器（filters），而且也很容易將多個過濾器串起來，每個過濾器針對流過自己的位元組做相應處理。另一方面，在這種工作模式下面向流的IO通常很慢。而在Java 1.4中推出了NIO（New I/O），這是一個面向塊的I/O系統，系統以塊為單位處理資料，每個操作都會生產或者消費一“塊”資料，以塊為單位處理資料會比以位元組（流）為單位處理資料快很多。但是面向塊的IO系統同時也損失了一些優雅而簡單的操作方式。
在NIO中有幾個核心物件需要掌握：緩衝區（Buffer）、通道（Channel）、選擇器（Selector）。
緩衝區Buffer
Buffer本質上說是一個容器物件。任何傳送到Channel的資料都必須先放進Buffer，類似的，任何從Channel中讀出的資料都先讀進Buffer。
Buffer就是一個裝載資料的容器物件，資料從Buffer中讀出，或者把資料寫入Buffer中。在NIO中添加了Buffer物件，這是NIO和老IO最重要的區別。在面向流的I/O中，你可以把資料直接寫入Stream物件，或者直接把資料從Stream中讀出來，而不需要任何容器。
Buffer本質上就是一個數組（array）。通常它是一個位元組陣列，或者其他種類的可用陣列。但是Buffer除了是一個數組之外，它還提供了結構化的訪問資料的方法，並且還用來跟蹤系統的讀/寫過程。
在NIO中，所有的緩衝區型別都繼承於抽象類Buffer，最常用的就是ByteBuffer。對於Java中的基本資料型別，基本上都有一個具體Buffer型別與之相對應，它們之間的繼承關係如下圖所示：
下面是一個簡單的使用IntBuffer的例子：
import java.nio.IntBuffer; public class TestIntBuffer { public static void main(String[] args) { // 分配新的int緩衝區，引數為緩衝區容量 // 新緩衝區的當前位置position將為零，其界限（限制位置）limit將為其容量。 // 它將具有一個底層實現陣列，其陣列偏移量將為零。 IntBuffer buffer = IntBuffer.allocate(8); for (int i = 0; i < buffer.capacity(); ++i) { int j = 2 * (i + 1); // 將給定整數寫入buffer的當前位置 buffer.put(j); } // 重設buffer，將limit設定為position，position設定為0 buffer.flip(); // 檢視在position和limit之間是否有元素 while (buffer.hasRemaining()) { // 讀取buffer當前位置的整數 int j = buffer.get(); System.out.print(j + " "); } } }
執行後可以看到：
在後面我們還會繼續分析Buffer物件，以及它的幾個重要的屬性。
通道Channel
Channel模擬了老IO包中的流的概念。所有去任何地方（或者來自任何地方）的資料都必須通過Channel物件。可以從Channel中讀取資料，也可以從Channel中寫入資料。NIO與老IO相比而言，Channel就如同Stream。
所有被NIO處理的資料都必須通過Buffer物件。不能直接將任何位元組寫入Channel，而是必須先將資料寫入Buffer。同樣的，也不能直接從Channel中讀取任何位元組，必須先通過Channel將資料讀入Buffer，然後再從Buffer中獲取資料。
Channel與Stream的區別在於：Channel是雙向的，而Stream只能是單向的（Stream必須是InputStream或者OutputStream的一個子類，即要麼是輸入流，要麼是輸出流，不能即輸入又輸出）。Channel在被開啟之後，即可以讀，也可以寫，或者同時進行讀寫操作。 因為Channel是雙向的，因此它比Stream更好的反應了底層作業系統IO的實質。特別是在Linux系統中，底層作業系統都是雙向的。
在NIO中，提供了多種通道物件，而所有的通道物件都實現了Channel介面。它們之間的繼承關係如下圖所示：
使用NIO讀取資料
在第一個練習中，我們首先從檔案中讀取一些資料。如果使用老的IO，只需要簡單的建立FileInputStream，然後從中讀取資料。在NIO中，事情變得有些不同了，首先需要從FileInputStream中獲取Channel物件，然後使用這個Channel去讀檔案。
在NIO系統中任何時刻執行一個讀操作時，都要從Buffer中讀，但不是直接從Channel中讀。由於所有的資料都需要通過Buffer承載，所以需首先從Channel中把資料讀進Buffer。
因此，從檔案中讀資料一共有三步：
1. 從FileInputStream中獲取Channel
2. 建立Buffer
3. 從Channel中把資料讀入Buffer
下面是一個簡單的使用NIO從檔案中讀取資料的例子：
import java.io.FileInputStream;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
public class TestChannelRead {
public static void main(String[] args) throws Exception {
FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("D:\\test.txt");
// 獲取通道
FileChannel fileChannel = fileInputStream.getChannel();
// 建立緩衝區
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
// 讀取資料到緩衝區
fileChannel.read(buffer);
// 重設buffer，將limit設定為position，position設定為0
buffer.flip();
// 檢視在position和limit之間是否有元素
while (buffer.hasRemaining()) {
// 讀取buffer當前位置的整數
byte b = buffer.get();
System.out.print((char) b);
}
fileInputStream.close();
}
}
使用NIO寫入資料
使用NIO寫入資料與讀取資料的過程類似，同樣資料不是直接寫入Channel，而是先將資料寫入Buffer，可以分為下面三個步驟：
1. 從FileOutputStream獲取Channel
2. 建立Buffer並且把資料放到Buffer中
3. 將Buffer中的資料寫入Channel
下面是一個簡單的使用NIO向檔案中寫入資料的例子：
import java.io.FileOutputStream;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
public class TestChannelWrite {
private static byte message[] = { 83, 111, 109, 101, 32, 98, 121, 116, 101,
115, 46 };
public static void main(String[] args) throws Exception {
FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("D:\\test.txt");
// 獲取通道
FileChannel fileChannel = fileOutputStream.getChannel();
// 建立緩衝區
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
// 資料存入緩衝區
for (int i = 0; i < message.length; ++i) {
buffer.put(message[i]);
}
// 重設buffer，將limit設定為position，position設定為0
buffer.flip();
// 將buffer中的資料寫入
fileChannel.write(buffer);
fileOutputStream.close();
}
}
本文介紹了Java NIO中三個核心概念中的兩個，並且看了兩個簡單的示例，分別是使用NIO進行資料的讀取和寫入，下篇將會介紹Buffer內部實現。
參考：