高併發Java：NIO和AIO

IO感覺上和多執行緒並沒有多大關係，但是NIO改變了執行緒在應用層面使用的方式，也解決了一些實際的困難。而AIO是非同步IO和前面的系列也有點關係。在此，為了學習和記錄，也寫一篇文章來介紹NIO和AIO。

1. 什麼是NIO

NIO是New I/O的簡稱，與舊式的基於流的I/O方法相對，從名字看，它表示新的一套Java I/O標準。它是在Java 1.4中被納入到JDK中的，並具有以下特性：

NIO是基於塊（Block）的，它以塊為基本單位處理資料（硬碟上儲存的單位也是按Block來儲存，這樣效能上比基於流的方式要好一些）
為所有的原始型別提供（Buffer）快取支援
增加通道（Channel）物件，作為新的原始 I/O 抽象

支援鎖（我們在平時使用時經常能看到會出現一些.lock的檔案，這說明有執行緒正在使用這把鎖，當執行緒釋放鎖時，會把這個檔案刪除掉，這樣其他執行緒才能繼續拿到這把鎖）和記憶體對映檔案的檔案訪問介面
提供了基於Selector的非同步網路I/O

所有的從通道中的讀寫操作，都要經過Buffer，而通道就是io的抽象，通道的另一端就是操縱的檔案。

2. Buffer

Java中Buffer的實現。基本的資料型別都有它對應的Buffer

Buffer的簡單使用例子：

package test;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream 
;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
publicclassTest{
publicstaticvoid main(String[] args)throwsException{
FileInputStream fin =newFileInputStream(newFile(
"d:\\temp_buffer.tmp"));
FileChannel fc = fin.getChannel();
ByteBuffer byteBuffer =ByteBuffer.allocate(1024);
       fc.read 
(byteBuffer);
       fc.close();
       byteBuffer.flip();//讀寫轉換
}
}

總結下使用的步驟是：

得到Channel
申請Buffer
建立Channel和Buffer的讀/寫關係
關閉

下面的例子是使用NIO來複制檔案：

publicstaticvoid nioCopyFile(String resource,String destination)
throwsIOException{
FileInputStream fis =newFileInputStream(resource);
FileOutputStream fos =newFileOutputStream(destination);
FileChannel readChannel = fis.getChannel();// 讀檔案通道
FileChannel writeChannel = fos.getChannel();// 寫檔案通道
ByteBuffer buffer =ByteBuffer.allocate(1024);// 讀入資料快取
while(true){
         buffer.clear();
int len = readChannel.read(buffer);// 讀入資料
if(len ==-1){
break;// 讀取完畢
}
         buffer.flip();
         writeChannel.write(buffer);// 寫入檔案
}
       readChannel.close();
       writeChannel.close();
}

Buffer中有3個重要的引數：位置（position）、容量（capactiy）和上限（limit）

這裡要區別下容量和上限，比如一個Buffer有10KB，那麼10KB就是容量，我將5KB的檔案讀到Buffer中，那麼上限就是5KB。

下面舉個例子來理解下這3個重要的引數：

publicstaticvoid main(String[] args)throwsException{
ByteBuffer b =ByteBuffer.allocate(15);// 15個位元組大小的緩衝區
System.out.println("limit="+ b.limit()+" capacity="+ b.capacity()
+" position="+ b.position());
for(int i =0; i <10; i++){
// 存入10個位元組資料
         b.put((byte) i);
}
System.out.println("limit="+ b.limit()+" capacity="+ b.capacity()
+" position="+ b.position());
       b.flip();// 重置position
System.out.println("limit="+ b.limit()+" capacity="+ b.capacity()
+" position="+ b.position());
for(int i =0; i <5; i++){
System.out.print(b.get());
}
System.out.println();
System.out.println("limit="+ b.limit()+" capacity="+ b.capacity()
+" position="+ b.position());
       b.flip();
System.out.println("limit="+ b.limit()+" capacity="+ b.capacity()
+" position="+ b.position());
}

整個過程如圖：

此時position從0到10，capactiy和limit不變。

該操作會重置position，通常，將buffer從寫模式轉換為讀模式時需要執行此方法 flip()操作不僅重置了當前的position為0，還將limit設定到當前position的位置。

limit的意義在於，來確定哪些資料是有意義的，換句話說，從position到limit之間的資料才是有意義的資料，因為是上次操作的資料。所以flip操作往往是讀寫轉換的意思。

意義同上。

而Buffer中大多數的方法都是去改變這3個引數來達到某些功能的：

publicfinalBuffer rewind()

將position置零，並清除標誌位（mark）

publicfinalBuffer clear()

將position置零，同時將limit設定為capacity的大小，並清除了標誌mark

publicfinalBuffer flip()

先將limit設定到position所在位置，然後將position置零，並清除標誌位mark，通常在讀寫轉換時使用

檔案對映到記憶體

publicstaticvoid main(String[] args)throwsException{
RandomAccessFile raf =newRandomAccessFile("C:\\mapfile.txt","rw");
FileChannel fc = raf.getChannel();
// 將檔案對映到記憶體中
MappedByteBuffer mbb = fc.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE,0,
          raf.length());
while(mbb.hasRemaining()){
System.out.print((char) mbb.get());
}
       mbb.put(0,(byte)98);// 修改檔案
       raf.close();