Java NIO

java nio 简介

Java NIO（New IO）是用于Java（来自Java 1.4）的替代IO API，意味着替代标准 Java IO和Java Networking API。 Java NIO提供了与原来IO API不同的工作方式，但是作用和目的是一样的。 NIO支持面向缓冲区的，基于通道的IO操作。 NIO将以更加高效的方式进行文件的读写操作。

Java NIO与普通IO的主要区别

io	nio
面向流	面向缓冲区（buffer，channel）
堵塞io	非堵塞io
-	选择器

java nio主要的核心组件

• 缓冲区 buffer
• 通道 Channels
• 选择器 Selectors

java nio缓冲区buffer

• 简介

  Buffer是数据的容器，在nio中负责数据的存取，java为不同数据类型提供了相对应的缓冲区类型 如：ByteBuffer、CharBuffer、ShortBuffer、IntBuffer、LongBuffer、FloatBuffer 、DoubleBuffer 等。

• Buffer的基本使用

  通过allocate()方法获取缓冲区，put()方法存入数据到缓冲区，get()方法获取缓冲区中的数据

  String temp = "abcdefg";
  //通过allocate()方法获取指定大小的缓冲区
  ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
  //使用put()方法将数据添加到缓冲区
  byteBuffer.put(temp.getBytes());
  //缓冲区切换读取数据模式
  byteBuffer.flip();
  //获取缓冲区数据
  byte[] dst = new byte[byteBuffer.limit()];
  //使用get()方法获取数据到dst中
  byteBuffer.get(dst);
  System.out.println(new String(dst,0,dst.length));

• Buffer的核心属性

  • capacity:容量，表示缓冲区中最大存储数据的容量，一旦声明不能改变。
  • limit:界限，表示缓冲区中可以操作数据的大小。（limit后数据不能进行读写）
  • position:位置，表示缓冲区中正在操作数据的位置
  • mark: 标记，表示记录当前position的位置，可通过reset()恢复到mark的位置

  mark <= position <= limit <= capacity， 属性的各种状态的值可查看TestBuffer.java中的测试代码

• 直接缓冲区与非直接缓冲区

  • 非直接缓冲区：通过allocate()分配缓冲区，缓冲区建立在jvm中。
  • 直接缓冲区：通过allocateDirect()方法创建缓冲区，缓冲区建立在系统物理内存中。

java nio通道channel

• 简介

  通道（channel）：用户数 据源节点和目标节点的连接。在Java nio中负责缓冲区中的数据传输， channel本身不存储数据，因此需要配合缓冲区进行传输,实现java.nio.channels.Channel接口 ，主要实现类有FileChannel、SocketChannel、ServerSocketChannel、DatagramChannel等。

• 获取通的方式

  • (1)java针对支持通道的类提供getChannel()方法 本地IO有 FileInputStream/FileOutputStream RandomAccessFile， 网络IO有 Socket 、ServerSocket 、DatagramSocket
  • (2)在Java1.7中的NIO.2针对各个通道提供了静态方法open()
  • (3)在Java1.7中的NIO.2的Files工具类的newByteChannel()

  简单示例使用通道和缓冲区复制文件：

   //使用非直接缓冲区
   FileInputStream fis = new FileInputStream("chao.png");
   FileOutputStream fos = new FileOutputStream("chao2.png");
   //1.获取通道
   FileChannel inChannel = fis.getChannel();
   FileChannel outChannel = fos.getChannel();   
   //2.分配指定大小缓冲区
   ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(3072);
   //3.将通道的数据存入缓冲区
   while (inChannel.read(buffer)!=-1){  
       //缓冲区切换为读模式
       buffer.flip();
       //4.将缓冲区数据写入通道
       outChannel.write(buffer);  
       buffer.clear();
   }
   outChannel.close();
   inChannel.close();
   fis.close();
   fos.close();

使用NIO网络编程

• 堵塞式socket

  客户端

   try {
        //创建连接通道socketChannel
        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1",8080));
        //本地通道，缓冲区，读取本地文件到通道
        FileChannel inChannel = FileChannel.open(Paths.get("test2"),StandardOpenOption.READ);
        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
        //通道数据保存到缓冲区
        while (inChannel.read(buf)!=-1){
            buf.flip();
            //缓冲区数据传输至socket连接通道
            socketChannel.write(buf);
            buf.clear();
          }  
         //关闭连接写入 --> 而不关闭通道
         socketChannel.shutdownOutput();
         //接收服务端反馈
         int len = 0;
         while ((len =socketChannel.read(buf))!=-1){
             buf.flip();
             System.out.println(new String(buf.array(),0,len));
             buf.clear();
          }  
        inChannel.close();  
       socketChannel.close();
      } catch (IOException e) {
          e.printStackTrace();  
   }

  服务端

  try {
          //1获取通道
          ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
          //2绑定连接
          serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));
          //3获取客户端连接的通道
          SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
          //创建本地通道，缓冲区接收客户端数据
          FileChannel outChannel = FileChannel.open(Paths.get("test3"),StandardOpenOption.CREATE,StandardOpenOption.WRITE);
          ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
          //4.从socketChannel接收客户端数据
          while (socketChannel.read(buf)!=-1){
              buf.flip();
              outChannel.write(buf);
              buf.clear();
          }
          //返回数据给客户端
          buf.put("服务端接收数据成功".getBytes());
          buf.flip();
          socketChannel.write(buf);
          socketChannel.close();
          serverSocketChannel.close();
      } catch (IOException e) {
  
          e.printStackTrace();
  }

• 非堵塞式socket

  客户端

  //1.获取通道
  SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1",8080));
  //2.设置为非堵塞模式
  socketChannel.configureBlocking(false);
  ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
  //3.发送数据给服务端
  //控制台输入数据
  Scanner scanner = new Scanner(System.in);
  while (scanner.hasNext()){
      String msg = scanner.next();
      buf.put(msg.getBytes());
      buf.flip();
      socketChannel.write(buf);
      buf.clear();
  }
  //4.关闭连接
  socketChannel.close();

  服务端

  //1.获取通道
  ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
  //2.切换到非堵塞模式
  serverSocketChannel.configureBlocking(false);
  //3.绑定端口号
  serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));
  //4.获取选择器
  Selector selector = Selector.open();
  //5.将通道注册到选择器上，并且指定“监听接收事件”
  serverSocketChannel.register(selector,SelectionKey.OP_ACCEPT);
  //6轮询式的获取选择器上已经‘准备就绪’的事件
  while (selector.select()>0){
      //7 。获取当前选择器中所有注册的"选择健（已就绪的监听事件）"
      Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator();
      while (iterator.hasNext()){
          //8.获取“准备就绪”的事件
          SelectionKey selectionKey = iterator.next();
           //9.判断具体事件，就绪
          if (selectionKey.isAcceptable()){
              //10.接收就绪，获取客户端连接
              SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
              //11,切换到非堵塞模式
              socketChannel.configureBlocking(false);
              //12.将客户端通道注册到选择器上
              socketChannel.register(selector,SelectionKey.OP_READ);
          }else if (selectionKey.isReadable()){
              //获取当前选择器上“读就绪”状态的通道
              SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) selectionKey.channel();
  
              ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
              //读取客户端传过来的数据
              int len = 0;
              while ((len = socketChannel.read(buffer))>0){
                buffer.flip();
                System.out.println(new String(buffer.array(),0,len));
                buffer.clear();  
            }
          }
          //取消选择键selectionKey
          iterator.remove();
      }
  }

• UDP

  UDP 全称 User Datagram Protocol, 与 TCP 同是在网络模型中的传输层的协议。

  UDP 的主要特点是：

  • 无连接的，即发送数据之前不需要建立连接，因此减少了开销和发送数据之前的时延。 不保证可靠交付，因此主机不需要为此复杂的连接状态表
  • 面向报文的，意思是 UDP 对应用层交下来的报文，既不合并，也不拆分，而是保留这些报文的边界，在添加首部后向下交给 IP 层。
  • 没有阻塞控制，因此网络出现的拥塞不会使发送方的发送速率降低。
  • 支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信，也即是提供广播和多播的功能。
  • 首部开销小，首部只有 8 个字节，分为四部分。

  UDP 的常用场景

  • 名字转换（DNS）
  • 文件传送（TFTP）
  • 路由选择协议（RIP）
  • IP 地址配置（BOOTP，DHTP）
  • 网络管理（SNMP）
  • 远程文件服务（NFS）
  • IP 电话
  • 流式多媒体通信

  客户端

       DatagramChannel datagramChannel = DatagramChannel.open();
       
       ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
       Scanner scanner = new Scanner(System.in);
       while (scanner.hasNext()){
           String msg = scanner.next();
           buffer.put(msg.getBytes());
           buffer.flip();
           datagramChannel.send(buffer,new InetSocketAddress("127.0.0.1",8080));
           buffer.clear();
       }
       datagramChannel.close();

  服务端

   DatagramChannel datagramChannel = DatagramChannel.open();
   datagramChannel.configureBlocking(false);
   datagramChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));
   Selector selector = Selector.open();
   datagramChannel.register(selector,SelectionKey.OP_READ);
   while (selector.select()>0){
       Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator();
       while (iterator.hasNext()){
           SelectionKey selectionKey = iterator.next();
   
           if (selectionKey.isReadable()){
   			ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
   			datagramChannel.receive(buf);
   			System.out.println(new String(buf.array(),0,buf.position()));
   			buf.clear();
           }
       }
       iterator.remove();
   }

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