Java IO与NIO技术体系分析

java.io包中最为核心的一个概念是流（Stream），面向流的编程。流分为两种输入流和输出流，Java中的io流不可能既是输入流，又是输出流。同时，IntputStream和OutputStream都是抽象类, Java中是单继承方式，所以也就不可能出现同时是输入和输出的流。

java.nio中拥有3个核心的概念：Selector、Channel与Buffer。在java.nio中，我们是面向块（block）或者缓冲区（buffer）编程的。buffer本身其实就是一块内存，底层实现上实际是个数组，数据的读、写都是通过buffer来实现的。

如下图所示进行理解，有一个Thread线程，这个线程对应一个Selector，Selector下面有三个Channel，每个Channel下对应着一个Buffer。 一个线程可以在三个Channel通道上来回的切换，通过事件来判断某一时刻在哪一个Channel上执行，因此，事件也是个很重要的概念。

image.png

将数据从Channel读到buffer中，数据已进入内存中，程序中切换写模式到读模式后（通过flip方法实现的），从buffer中将数据读取出来。绝对不会出现直接向Channel写入数据的情况，或者直接从Channel读取数据的情况。
Channel指的是可以向其中写入数据或者从中读取数据的对象，我们可以将nio中的Channel近似理解为io中的Stream。

除了数组之外，Buffer还提供了对数据的结构化访问方式，并且可以追踪到数据的读、写过程。
Java中的7种原生数据类型(不包括boolean类型的buffer)都有各自的对应的Buffer类型，比如IntBuffer、LongBuffer、ByteBuffer以及CharBuffer等等。

与Stream不同的是，Channel是双向的，一个流只可能是IntputStream或者OutputStream，Channel打开后则可以进行读、写或者读写。

由于Channel是双向的，因此，它能更好的反映出底层操作系统的真实情况。
比如说在linux系统中，底层操作系统的通道就是双向的。

好了，上面是一些理论，下面是3个实际的例子进一步结合理论加深理解。

1）随机生成10个数字，然后写入IntBuffer中，最终再从IntBuffer读取并输出。

public class NioTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        IntBuffer intbuffer = IntBuffer.allocate(10);

        for (int i =0 ;i < intbuffer.capacity(); i++) {
            int randomNum = new java.security.SecureRandom().nextInt(20);
            intbuffer.put(randomNum);
        }

        intbuffer.flip();  // 切换为读模式

        while (intbuffer.hasRemaining()) {
            System.out.println(intbuffer.get());
        }
    }
}

2）从文件读取内容到Buffer中，然后从Buffer中读取数据输出。

public class NioTest2 {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
       try( FileInputStream in = new FileInputStream("niotext2.txt");) {
           FileChannel fileChannel = in.getChannel();

           ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(512);
           fileChannel.read(byteBuffer); // 写入byteBuffer

           byteBuffer.flip(); // 切换为读模式

           StringBuffer str = new StringBuffer();
           while (byteBuffer.hasRemaining()) {
               byte b = byteBuffer.get();
               str.append((char)b);
           }
           System.out.println(str.toString());
       }
    }
}

3）将字符数据写入ByteBuffer中，在从ByteBuffer读取写入到文件中。

public class NioTest3 {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        try (FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("niotest3.txt");) {
            FileChannel fileChannel = fileOutputStream.getChannel();

            ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(512);

            String str = "hello world, welcom!";
            for (int i =0; i< str.length(); i++) {
                char c = str.charAt(i);
                byteBuffer.put((byte) c);
            }

            byteBuffer.flip(); // 切换为写模式

            fileChannel.write(byteBuffer);
        }
    }
}