Java NIO学习使用
2017-08-28 本文已影响4人
_凌浩雨
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在Java1.4之前的I/O系统中，提供的都是面向流的I/O系统，系统一次一个字节地处理数据，一个输入流产生一个字节的数据，一个输出流消费一个字节的数据，面向流的I/O速度非常慢，而在Java 1.4中推出了NIO，这是一个面向块的I/O系统，系统以块的方式处理处理，每一个操作在一步中产生或者消费一个数据库，按块处理要比按字节处理数据快的多。
在NIO中有几个核心对象需要掌握：缓冲区（Buffer）、通道（Channel）、选择器（Selector）。
缓冲区Buffer
缓冲区实际上是一个容器对象，更直接的说，其实就是一个数组，在NIO库中，所有数据都是用缓冲区处理的。在读取数据时，它是直接读到缓冲区中的； 在写入数据时，它也是写入到缓冲区中的；任何时候访问 NIO 中的数据，都是将它放到缓冲区中。而在面向流I/O系统中，所有数据都是直接写入或者直接将数据读取到Stream对象中。
在NIO中，所有的缓冲区类型都继承于抽象类Buffer，最常用的就是ByteBuffer，对于Java中的基本类型，基本都有一个具体Buffer类型与之相对应，它们之间的继承关系如下图所示：
Buffer.png
使用示例：
public static void start() {
/**
* 分配新的int缓冲区，参数为缓冲区容量
* 新缓冲区当前位置为零，其界限(限制位置)将为其容量
* 它将具有一个底层实现数组，其数组偏移量将为零。
*/
IntBuffer buffer = IntBuffer.allocate(8);
// buffer.capacity()获取buffer的缓冲区长度
for(int i = 0; i < buffer.capacity(); i++){
int j = 2 * (i + 1);
// 将给定整数写入此缓冲区的当前位置，当前位置递增
buffer.put(j);
}
// 重设此缓冲区， 将限制设置为当前位置，然后将当前位置设置为0
buffer.flip();
// 查看在当前位置和限制位置之间是否有元素
while(buffer.hasRemaining()){
// 读取此缓冲区当前位置的整数，然后当前位置递增
int j = buffer.get();
System.out.println(j);
}
}
打印结果：
2
4
6
8
10
12
14
16
通道Channel
通道是一个对象，通过它可以读取和写入数据，当然了所有数据都通过Buffer对象来处理。我们永远不会将字节直接写入通道中，相反是将数据写入包含一个或者多个字节的缓冲区。同样不会直接从通道中读取字节，而是将数据从通道读入缓冲区，再从缓冲区获取这个字节。
在NIO中，提供了多种通道对象，而所有的通道对象都实现了Channel接口。它们之间的继承关系如下：
0_1310888420STkI.png
使用NIO读取数据
在前面我们说过，任何时候读取数据，都不是直接从通道读取，而是从通道读取到缓冲区。所以使用NIO读取数据可以分为下面三个步骤：
- 从FileInputStream获取Channel
- 创建Buffer
- 将数据从Channel读取到Buffer中
下面是一个简单的使用NIO从文件中读取数据的例子：
public static void readFile() throws IOException {
// 创建文件输入流
FileInputStream fis = new FileInputStream("E:\\test.txt");
// 获取通道
FileChannel fc = fis.getChannel();
// 创建缓冲区
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
// 读取到缓冲区
fc.read(buffer);
buffer.flip();
byte[] bytes = new byte[1024];
int i = 0;
while(buffer.remaining() > 0){
byte b = buffer.get();
bytes[i++] = b;
}
System.out.println(new String(bytes,"UTF-8"));
fis.close();
}
打印结果：
?在前面我们说过，任何时候读取数据，都不是直接从通道读取，而是从通道读取到缓冲区。所以使用NIO读取数据可以分为下面三个步骤：
从FileInputStream获取Channel
创建Buffer
将数据从Channel读取到Buffer中
使用NIO写入数据
使用NIO写入数据与读取数据的过程类似，同样数据不是直接写入通道，而是写入缓冲区，可以分为下面三个步骤：
- 从FileInputStream获取Channel
- 创建Buffer
- 将数据从Channel写入到Buffer中
下面是一个简单的使用NIO向文件中写入数据的例子：
public static void writeFile() throws IOException {
// 要写入的数据
final byte message[] = { 83, 111, 109, 101, 32,
98, 121, 116, 101, 115, 46 };
// 创建输出流
FileOutputStream fos = new FileOutputStream("E:\\test1.txt");
// 获取通道
FileChannel fc = fos.getChannel();
// 创建缓冲区
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
for(int i = 0; i < message.length; i++){
buffer.put(message[i]);
}
buffer.flip();
fc.write(buffer);
fos.close();
}
写入结果:
test1.png
NIO中非阻塞I/O编写服务器处理程序
使用NIO中非阻塞I/O编写服务器处理程序，大体上可以分为下面三个步骤：
- 向Selector对象注册感兴趣的事件
- 从Selector中获取感兴趣的事件
- 根据不同的事件进行相应的处理
Server端：
public class NioServer {
/**
* 监听的端口
*/
private static final int PORT = 8001;
/**
* 1. 注册事件
* 创建了ServerSocketChannel对象，并调用configureBlocking()方法，配置为非阻塞模式，
* 接下来的三行代码把该通道绑定到指定端口，最后向Selector中注册事件，此处指定的是参数是OP_ACCEPT，
* 即指定我们想要监听accept事件，也就是新的连接发 生时所产生的事件，对于ServerSocketChannel通道
* 来说，我们唯一可以指定的参数就是OP_ACCEPT。
* @throws IOException
*/
public Selector getSelector() throws IOException {
// 创建Selector
Selector selector = Selector.open();
// 创建可选择通道，并配置为非阻塞模式
ServerSocketChannel server = ServerSocketChannel.open();
server.configureBlocking(false);
// 绑定通道到指定的端口
ServerSocket socket = server.socket();
InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(PORT);
socket.bind(address);
// 向Selector中注册感兴趣的事件
server.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
return selector;
}
/**
* 2. 开始监听
* 在非阻塞I/O中，内部循环模式基本都是遵循这种方式。首先调用select()方法，该方法会阻塞，
* 直到至少有一个事件发生，然后再使用selectedKeys()方法获取发生事件的SelectionKey，
* 再使用迭代器进行循环。
*/
public void listener(Selector selector) {
try{
while(true){
// 该调用会阻塞，知道至少有一个事件发生
selector.select();
// 当有事件可用的时候
Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();
// 遍历结合键
Iterator<SelectionKey> iterator = keys.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
SelectionKey key = iterator.next();
iterator.remove();
process(selector,key);
}
}
}catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
/**
* 3. 根据不同的事件做处理
* @param selector
* @param key
* @throws IOException
*/
private void process(Selector selector, SelectionKey key) throws IOException {
// 接受请求
if (key.isAcceptable()) {
ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel();
SocketChannel channel = server.accept();
channel.configureBlocking(false);
channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
}
// 读信息
else if (key.isReadable()) {
System.out.println("读信息");
SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
int count = channel.read(buffer);
if (count > 0) {
buffer.flip();
System.out.println(count);
byte[] bytes = new byte[1024];
int i = 0;
while(buffer.remaining() > 0){
byte b = buffer.get();
bytes[i++] = b;
}
System.out.println(new String(bytes,"UTF-8"));
}else {
channel.close();
}
buffer.flip();
buffer.clear();
}
// 写数据
else if (key.isWritable()) {
System.out.println("写数据");
SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
// String name = (String) key.attachment();
byte[] bytes = "hello".getBytes("UTF-8");
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
System.out.println(bytes.length);
for(int i = 0;i < bytes.length;i++){
buffer.put(bytes[i]);
}
buffer.flip();
channel.write(buffer);
}
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
NioServer nioServer = new NioServer();
Selector selector = nioServer.getSelector();
nioServer.listener(selector);
}
}
Client端：
public class NioClient {
/**
* 连接的端口
*/
private static final int PORT = 8001;
/**
* 1. 注册事件
* @throws IOException
*/
public void start() throws IOException {
// // 创建可选择通道，并配置为非阻塞模式
SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
socketChannel.configureBlocking(false);
// 连接指定的端口
InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(PORT);
socketChannel.connect(address);
Selector selector = Selector.open();
// 向Selector中注册感兴趣的事件
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT);
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
while(true){
selector.select();// 连接
Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();//获取连接
System.out.println("selectedKeys.size:"+selectedKeys.size());
Iterator<SelectionKey> iterator = selectedKeys.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
SelectionKey key = iterator.next();
iterator.remove();
if (key.isConnectable()) {
socketChannel.finishConnect();
socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE);
System.out.println("server connected...");
break;
}
else if(key.isWritable()){
System.out.println("please input message:");
String message = scanner.nextLine();
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.wrap(message.getBytes("UTF-8"));
socketChannel.write(byteBuffer);
}
}
}
}
public static void main(String[] args) throws IOException {
new NioClient().start();
}
}
