Java Nio

Java NIO 简介

 Java NIO(New IO)是从Java 1.4版本开始引入的一个新的IO API,可以替代标准的Java IO API。NIO与原来的IO有同样的作用和目的,但是使用的方式完全不同,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 IO 的主要区别

缓冲区(Buffer)和通道(Channel)

1-通道(Channel)与缓冲区(Buffer)

通道和缓冲区Java NIO系统的核心在于:通道(Channel)和缓冲区(Buffer)。通道表示打开到 IO 设备(例如:文件、套接字)的连接。若需要使用 NIO 系统,需要获取用于连接 IO 设备的通道以及用于容纳数据的缓冲区。然后操作缓冲区,对数据进行处理。简而言之,Channel 负责传输, Buffer 负责存储

缓冲区(Buffer)

缓冲区(Buffer):一个用于特定基本数据类
型的容器。由 java.nio 包定义的,所有缓冲区
都是 Buffer 抽象类的子类。

Java NIO 中的 Buffer 主要用于与 NIO 通道进行
交互,数据是从通道读入缓冲区,从缓冲区写
入通道中的。缓冲区(Buffer)

Buffer 就像一个数组,可以保存多个相同类型的数据。根
据数据类型不同(boolean 除外) ,有以下 Buffer 常用子类:

ByteBuffer
CharBuffer
ShortBuffer
IntBuffer
LongBuffer
FloatBuffer
DoubleBuffer

上述 Buffer 类 他们都采用相似的方法进行管理数据,只是各自
管理的数据类型不同而已。都是通过如下方法获取一个 Buffer
对象:
static XxxBuffer allocate(int capacity) : 创建一个容量为 capacity 的 XxxBuffer 对象缓冲区的基本属性

Buffer 中的重要概念:

容量 (capacity) :表示 Buffer 最大数据容量,缓冲区容量不能为负,并且创
建后不能更改。

限制 (limit):

第一个不应该读取或写入的数据的索引,即位于 limit 后的数据
不可读写。缓冲区的限制不能为负,并且不能大于其容量。

位置 (position):

下一个要读取或写入的数据的索引。缓冲区的位置不能为

负,并且不能大于其限制
标记 (mark)与重置 (reset):标记是一个索引,通过 Buffer 中的 mark() 方法
指定 Buffer 中一个特定的 position,之后可以通过调用 reset() 方法恢复到这
个 position.

标记、位置、限制、容量遵守以下不变式:

0 <= mark <= position <= limit <= capacity 

缓冲区的基本属性

 

缓冲区的数据操作

Buffer 所有子类提供了两个用于数据操作的方法:get()
与 put() 方法

获取 Buffer 中的数据

get() :读取单个字节

get(byte[] dst):批量读取多个字节到 dst 中

get(int index):读取指定索引位置的字节(不会移动 position)

放入数据到 Buffer 中

put(byte b):将给定单个字节写入缓冲区的当前位置

put(byte[] src):将 src 中的字节写入缓冲区的当前位置

put(int index, byte b):将指定字节写入缓冲区的索引位置(不会移动 position) 

直接与非直接缓冲区

字节缓冲区要么是直接的,要么是非直接的。如果为直接字节缓冲区,则 Java 虚拟机会尽最大努力直接在
此缓冲区上执行本机 I/O 操作。也就是说,在每次调用基础操作系统的一个本机 I/O 操作之前(或之后),
虚拟机都会尽量避免将缓冲区的内容复制到中间缓冲区中(或从中间缓冲区中复制内容)。

直接字节缓冲区可以通过调用此类的 allocateDirect() 工厂方法来创建。此方法返回的缓冲区进行分配和取消
分配所需成本通常高于非直接缓冲区。直接缓冲区的内容可以驻留在常规的垃圾回收堆之外,因此,它们对
应用程序的内存需求量造成的影响可能并不明显。所以,建议将直接缓冲区主要分配给那些易受基础系统的
本机 I/O 操作影响的大型、持久的缓冲区。一般情况下,最好仅在直接缓冲区能在程序性能方面带来明显好
处时分配它们。

直接字节缓冲区还可以通过 FileChannel 的 map() 方法 将文件区域直接映射到内存中来创建。该方法返回
MappedByteBuffer 。Java 平台的实现有助于通过 JNI 从本机代码创建直接字节缓冲区。如果以上这些缓冲区
中的某个缓冲区实例指的是不可访问的内存区域,则试图访问该区域不会更改该缓冲区的内容,并且将会在
访问期间或稍后的某个时间导致抛出不确定的异常。

字节缓冲区是直接缓冲区还是非直接缓冲区可通过调用其 isDirect() 方法来确定。提供此方法是为了能够在
性能关键型代码中执行显式缓冲区管理。

非直接缓冲区

 

直接缓冲区

 

import java.nio.ByteBuffer;

import org.junit.Test;

/*
 * 一、缓冲区（Buffer）：在 Java NIO 中负责数据的存取。缓冲区就是数组。用于存储不同数据类型的数据
 * 
 * 根据数据类型不同（boolean 除外），提供了相应类型的缓冲区：
 * ByteBuffer
 * CharBuffer
 * ShortBuffer
 * IntBuffer
 * LongBuffer
 * FloatBuffer
 * DoubleBuffer
 * 
 * 上述缓冲区的管理方式几乎一致，通过 allocate() 获取缓冲区
 * 
 * 二、缓冲区存取数据的两个核心方法：
 * put() : 存入数据到缓冲区中
 * get() : 获取缓冲区中的数据
 * 
 * 三、缓冲区中的四个核心属性：
 * 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。可以通过 reset() 恢复到 mark 的位置
 * 
 * 0 <= mark <= position <= limit <= capacity
 * 
 * 四、直接缓冲区与非直接缓冲区：
 * 非直接缓冲区：通过 allocate() 方法分配缓冲区，将缓冲区建立在 JVM 的内存中
 * 直接缓冲区：通过 allocateDirect() 方法分配直接缓冲区，将缓冲区建立在物理内存中。可以提高效率
 */
public class TestBuffer {
    
    @Test
    public void test3(){
        //分配直接缓冲区
        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocateDirect(1024);
        
        System.out.println(buf.isDirect());
    }
    
    @Test
    public void test2(){
        String str = "abcde";
        
        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
        
        buf.put(str.getBytes());
        
        buf.flip();
        
        byte[] dst = new byte[buf.limit()];
        buf.get(dst, 0, 2);
        System.out.println(new String(dst, 0, 2));
        System.out.println(buf.position());
        
        //mark() : 标记
        buf.mark();
        
        buf.get(dst, 2, 2);
        System.out.println(new String(dst, 2, 2));
        System.out.println(buf.position());
        
        //reset() : 恢复到 mark 的位置
        buf.reset();
        System.out.println(buf.position());
        
        //判断缓冲区中是否还有剩余数据
        if(buf.hasRemaining()){
            
            //获取缓冲区中可以操作的数量
            System.out.println(buf.remaining());
        }
    }
    
    @Test
    public void test1(){
        String str = "abcde";
        
        //1. 分配一个指定大小的缓冲区
        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
        
        System.out.println("-----------------allocate()----------------");
        System.out.println(buf.position());
        System.out.println(buf.limit());
        System.out.println(buf.capacity());
        
        //2. 利用 put() 存入数据到缓冲区中
        buf.put(str.getBytes());
        
        System.out.println("-----------------put()----------------");
        System.out.println(buf.position());
        System.out.println(buf.limit());
        System.out.println(buf.capacity());
        
        //3. 切换读取数据模式
        buf.flip();
        
        System.out.println("-----------------flip()----------------");
        System.out.println(buf.position());
        System.out.println(buf.limit());
        System.out.println(buf.capacity());
        
        //4. 利用 get() 读取缓冲区中的数据
        byte[] dst = new byte[buf.limit()];
        buf.get(dst);
        System.out.println(new String(dst, 0, dst.length));
        
        System.out.println("-----------------get()----------------");
        System.out.println(buf.position());
        System.out.println(buf.limit());
        System.out.println(buf.capacity());
        
        //5. rewind() : 可重复读
        buf.rewind();
        
        System.out.println("-----------------rewind()----------------");
        System.out.println(buf.position());
        System.out.println(buf.limit());
        System.out.println(buf.capacity());
        
        //6. clear() : 清空缓冲区. 但是缓冲区中的数据依然存在，但是处于“被遗忘”状态
        buf.clear();
        
        System.out.println("-----------------clear()----------------");
        System.out.println(buf.position());
        System.out.println(buf.limit());
        System.out.println(buf.capacity());
        
        System.out.println((char)buf.get());
        
    }

}

文件通道(FileChannel)

通道(Channel)

通道(Channel):由 java.nio.channels 包定义
的。Channel 表示 IO 源与目标打开的连接。
Channel 类似于传统的“流”。只不过 Channel
本身不能直接访问数据,Channel 只能与
Buffer 进行交互。

  

通道(Channel)

Java 为 Channel 接口提供的最主要实现类如下:
•FileChannel:用于读取、写入、映射和操作文件的通道。
•DatagramChannel:通过 UDP 读写网络中的数据通道。
•SocketChannel:通过 TCP 读写网络中的数据。
•ServerSocketChannel:可以监听新进来的 TCP 连接,对每一个新进来
的连接都会创建一个 SocketChannel。

获取通道

获取通道的一种方式是对支持通道的对象调用
getChannel() 方法。支持通道的类如下:

FileInputStream
FileOutputStream
RandomAccessFile
DatagramSocket
Socket
ServerSocket

获取通道的其他方式是使用 Files 类的静态方法 newByteChannel() 获
取字节通道。或者通过通道的静态方法 open() 打开并返回指定通道。

通道的数据传输

将 Buffer 中数据写入 Channel
例如

:

从 Channel 读取数据到 Buffer
例如:

 

分散(Scatter)和聚集(Gather)

分散读取(Scattering Reads)是指从 Channel 中读取的数据“分
散”到多个 Buffer 中。

注意:按照缓冲区的顺序,从 Channel 中读取的数据依次将 Buffer 填满。

  

聚集写入(Gathering Writes)是指将多个 Buffer 中的数据“聚集”
到 Channel。

注意:按照缓冲区的顺序,写入 position 和 limit 之间的数据到 Channel 。

transferFrom()

将数据从源通道传输到其他 Channel 中:

transferTo()

将数据从源通道传输到其他 Channel 中:

FileChannel 的常用方法

 

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.RandomAccessFile;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.CharBuffer;
import java.nio.MappedByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.channels.FileChannel.MapMode;
import java.nio.charset.CharacterCodingException;
import java.nio.charset.Charset;
import java.nio.charset.CharsetDecoder;
import java.nio.charset.CharsetEncoder;
import java.nio.file.Paths;
import java.nio.file.StandardOpenOption;
import java.util.Map;
import java.util.Map.Entry;
import java.util.Set;

import org.junit.Test;

/*
 * 一、通道（Channel）：用于源节点与目标节点的连接。在 Java NIO 中负责缓冲区中数据的传输。Channel 本身不存储数据，因此需要配合缓冲区进行传输。
 * 
 * 二、通道的主要实现类
 *     java.nio.channels.Channel 接口：
 *         |--FileChannel
 *         |--SocketChannel
 *         |--ServerSocketChannel
 *         |--DatagramChannel
 * 
 * 三、获取通道
 * 1. Java 针对支持通道的类提供了 getChannel() 方法
 *         本地 IO：
 *         FileInputStream/FileOutputStream
 *         RandomAccessFile
 * 
 *         网络IO：
 *         Socket
 *         ServerSocket
 *         DatagramSocket
 *         
 * 2. 在 JDK 1.7 中的 NIO.2 针对各个通道提供了静态方法 open()
 * 3. 在 JDK 1.7 中的 NIO.2 的 Files 工具类的 newByteChannel()
 * 
 * 四、通道之间的数据传输
 * transferFrom()
 * transferTo()
 * 
 * 五、分散(Scatter)与聚集(Gather)
 * 分散读取（Scattering Reads）：将通道中的数据分散到多个缓冲区中
 * 聚集写入（Gathering Writes）：将多个缓冲区中的数据聚集到通道中
 * 
 * 六、字符集：Charset
 * 编码：字符串 -> 字节数组
 * 解码：字节数组  -> 字符串
 * 
 */
public class TestChannel {
    
    //字符集
    @Test
    public void test6() throws IOException{
        Charset cs1 = Charset.forName("GBK");
        
        //获取编码器
        CharsetEncoder ce = cs1.newEncoder();
        
        //获取解码器
        CharsetDecoder cd = cs1.newDecoder();
        
        CharBuffer cBuf = CharBuffer.allocate(1024);
        cBuf.put("尚硅谷威武！");
        cBuf.flip();
        
        //编码
        ByteBuffer bBuf = ce.encode(cBuf);
        
        for (int i = 0; i < 12; i++) {
            System.out.println(bBuf.get());
        }
        
        //解码
        bBuf.flip();
        CharBuffer cBuf2 = cd.decode(bBuf);
        System.out.println(cBuf2.toString());
        
        System.out.println("------------------------------------------------------");
        
        Charset cs2 = Charset.forName("GBK");
        bBuf.flip();
        CharBuffer cBuf3 = cs2.decode(bBuf);
        System.out.println(cBuf3.toString());
    }
    
    @Test
    public void test5(){
        Map<String, Charset> map = Charset.availableCharsets();
        
        Set<Entry<String, Charset>> set = map.entrySet();
        
        for (Entry<String, Charset> entry : set) {
            System.out.println(entry.getKey() + "=" + entry.getValue());
        }
    }
    
    //分散和聚集
    @Test
    public void test4() throws IOException{
        RandomAccessFile raf1 = new RandomAccessFile("1.txt", "rw");
        
        //1. 获取通道
        FileChannel channel1 = raf1.getChannel();
        
        //2. 分配指定大小的缓冲区
        ByteBuffer buf1 = ByteBuffer.allocate(100);
        ByteBuffer buf2 = ByteBuffer.allocate(1024);
        
        //3. 分散读取
        ByteBuffer[] bufs = {buf1, buf2};
        channel1.read(bufs);
        
        for (ByteBuffer byteBuffer : bufs) {
            byteBuffer.flip();
        }
        
        System.out.println(new String(bufs[0].array(), 0, bufs[0].limit()));
        System.out.println("-----------------");
        System.out.println(new String(bufs[1].array(), 0, bufs[1].limit()));
        
        //4. 聚集写入
        RandomAccessFile raf2 = new RandomAccessFile("2.txt", "rw");
        FileChannel channel2 = raf2.getChannel();
        
        channel2.write(bufs);
    }
    
    //通道之间的数据传输(直接缓冲区)
    @Test
    public void test3() throws IOException{
        FileChannel inChannel = FileChannel.open(Paths.get("d:/1.mkv"), StandardOpenOption.READ);
        FileChannel outChannel = FileChannel.open(Paths.get("d:/2.mkv"), StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.READ, StandardOpenOption.CREATE);
        
//        inChannel.transferTo(0, inChannel.size(), outChannel);
        outChannel.transferFrom(inChannel, 0, inChannel.size());
        
        inChannel.close();
        outChannel.close();
    }
    
    //使用直接缓冲区完成文件的复制(内存映射文件)
    @Test
    public void test2() throws IOException{//2127-1902-1777
        long start = System.currentTimeMillis();
        
        FileChannel inChannel = FileChannel.open(Paths.get("d:/1.mkv"), StandardOpenOption.READ);
        FileChannel outChannel = FileChannel.open(Paths.get("d:/2.mkv"), StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.READ, StandardOpenOption.CREATE);
        
        //内存映射文件
        MappedByteBuffer inMappedBuf = inChannel.map(MapMode.READ_ONLY, 0, inChannel.size());
        MappedByteBuffer outMappedBuf = outChannel.map(MapMode.READ_WRITE, 0, inChannel.size());
        
        //直接对缓冲区进行数据的读写操作
        byte[] dst = new byte[inMappedBuf.limit()];
        inMappedBuf.get(dst);
        outMappedBuf.put(dst);
        
        inChannel.close();
        outChannel.close();
        
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("耗费时间为：" + (end - start));
    }
    
    //利用通道完成文件的复制（非直接缓冲区）
    @Test
    public void test1(){//10874-10953
        long start = System.currentTimeMillis();
        
        FileInputStream fis = null;
        FileOutputStream fos = null;
        //①获取通道
        FileChannel inChannel = null;
        FileChannel outChannel = null;
        try {
            fis = new FileInputStream("d:/1.mkv");
            fos = new FileOutputStream("d:/2.mkv");
            
            inChannel = fis.getChannel();
            outChannel = fos.getChannel();
            
            //②分配指定大小的缓冲区
            ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
            
            //③将通道中的数据存入缓冲区中
            while(inChannel.read(buf) != -1){
                buf.flip(); //切换读取数据的模式
                //④将缓冲区中的数据写入通道中
                outChannel.write(buf);
                buf.clear(); //清空缓冲区
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if(outChannel != null){
                try {
                    outChannel.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            
            if(inChannel != null){
                try {
                    inChannel.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            
            if(fos != null){
                try {
                    fos.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            
            if(fis != null){
                try {
                    fis.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
        
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("耗费时间为：" + (end - start));
        
    }

NIO 的非阻塞式网络通信

阻塞与非阻塞

传统的 IO 流都是阻塞式的。也就是说,当一个线程调用 read() 或 write()
时,该线程被阻塞,直到有一些数据被读取或写入,该线程在此期间不
能执行其他任务。因此,在完成网络通信进行 IO 操作时,由于线程会
阻塞,所以服务器端必须为每个客户端都提供一个独立的线程进行处理,
当服务器端需要处理大量客户端时,性能急剧下降。

Java NIO 是非阻塞模式的。当线程从某通道进行读写数据时,若没有数
据可用时,该线程可以进行其他任务。线程通常将非阻塞 IO 的空闲时
间用于在其他通道上执行 IO 操作,所以单独的线程可以管理多个输入
和输出通道。因此,NIO 可以让服务器端使用一个或有限几个线程来同
时处理连接到服务器端的所有客户端。

选择器(Selector) 

是 SelectableChannle 对象的多路复用器,Selector 可
以同时监控多个 SelectableChannel 的 IO 状况,也就是说,利用 Selector
可使一个单独的线程管理多个 Channel。Selector 是非阻塞 IO 的核心。
SelectableChannle 的结构如下图:

选择器(Selector)的应用

创建 Selector :通过调用 Selector.open() 方法创建一个 Selector。

向选择器注册通道:SelectableChannel.register(Selector sel, int ops)

 

当调用 register(Selector sel, int ops) 将通道注册选择器时,选择器
对通道的监听事件,需要通过第二个参数 ops 指定。
可以监听的事件类型(可使用 SelectionKey 的四个常量表示):

读 : SelectionKey.OP_READ (1)
写 : SelectionKey.OP_WRITE (4)
连接 : SelectionKey.OP_CONNECT (8)
接收 : SelectionKey.OP_ACCEPT (16)

若注册时不止监听一个事件,则可以使用“位或”操作符连接。
例:

SelectionKey

当调用 register(Selector sel, int ops) 将通道注册选择器时,选择器
对通道的监听事件,需要通过第二个参数 ops 指定。
可以监听的事件类型(可使用 SelectionKey 的四个常量表示):

读 : SelectionKey.OP_READ (1)
写 : SelectionKey.OP_WRITE (4)
连接 : SelectionKey.OP_CONNECT (8)
接收 : SelectionKey.OP_ACCEPT (16)

若注册时不止监听一个事件,则可以使用“位或”操作符连接。
例:

 

SelectionKey:表示 SelectableChannel 和 Selector 之间的注册关系。每次向
选择器注册通道时就会选择一个事件(选择键)。选择键包含两个表示为整
数值的操作集。操作集的每一位都表示该键的通道所支持的一类可选择操
作。

SocketChannel、ServerSocketChannel、DatagramChannel

SocketChannel
Java NIO中的SocketChannel是一个连接到TCP网
络套接字的通道。
操作步骤:
打开 SocketChannel
读写数据
关闭 SocketChannelSocketChannel
Java NIO中的 ServerSocketChannel 是一个可以
监听新进来的TCP连接的通道,就像标准IO中
的ServerSocket一样。DatagramChannel
Java NIO中的DatagramChannel是一个能收发
UDP包的通道。
操作步骤:
打开 DatagramChannel
接收/发送数据

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.nio.file.Paths;
import java.nio.file.StandardOpenOption;

import org.junit.Test;

/*
 * 一、使用 NIO 完成网络通信的三个核心：
 * 
 * 1. 通道（Channel）：负责连接
 *         
 *        java.nio.channels.Channel 接口：
 *             |--SelectableChannel
 *                 |--SocketChannel
 *                 |--ServerSocketChannel
 *                 |--DatagramChannel
 * 
 *                 |--Pipe.SinkChannel
 *                 |--Pipe.SourceChannel
 * 
 * 2. 缓冲区（Buffer）：负责数据的存取
 * 
 * 3. 选择器（Selector）：是 SelectableChannel 的多路复用器。用于监控 SelectableChannel 的 IO 状况
 * 
 */
public class TestBlockingNIO {

    //客户端
    @Test
    public void client() throws IOException{
        //1. 获取通道
        SocketChannel sChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 9898));
        
        FileChannel inChannel = FileChannel.open(Paths.get("1.jpg"), StandardOpenOption.READ);
        
        //2. 分配指定大小的缓冲区
        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
        
        //3. 读取本地文件，并发送到服务端
        while(inChannel.read(buf) != -1){
            buf.flip();
            sChannel.write(buf);
            buf.clear();
        }
        
        //4. 关闭通道
        inChannel.close();
        sChannel.close();
    }
    
    //服务端
    @Test
    public void server() throws IOException{
        //1. 获取通道
        ServerSocketChannel ssChannel = ServerSocketChannel.open();
        
        FileChannel outChannel = FileChannel.open(Paths.get("2.jpg"), StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.CREATE);
        
        //2. 绑定连接
        ssChannel.bind(new InetSocketAddress(9898));
        
        //3. 获取客户端连接的通道
        SocketChannel sChannel = ssChannel.accept();
        
        //4. 分配指定大小的缓冲区
        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
        
        //5. 接收客户端的数据，并保存到本地
        while(sChannel.read(buf) != -1){
            buf.flip();
            outChannel.write(buf);
            buf.clear();
        }
        
        //6. 关闭通道
        sChannel.close();
        outChannel.close();
        ssChannel.close();
        
    }
    
}

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.nio.file.Paths;
import java.nio.file.StandardOpenOption;

import org.junit.Test;

public class TestBlockingNIO2 {
    
    //客户端
    @Test
    public void client() throws IOException{
        SocketChannel sChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 9898));
        
        FileChannel inChannel = FileChannel.open(Paths.get("1.jpg"), StandardOpenOption.READ);
        
        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
        
        while(inChannel.read(buf) != -1){
            buf.flip();
            sChannel.write(buf);
            buf.clear();
        }
        
        sChannel.shutdownOutput();
        
        //接收服务端的反馈
        int len = 0;
        while((len = sChannel.read(buf)) != -1){
            buf.flip();
            System.out.println(new String(buf.array(), 0, len));
            buf.clear();
        }
        
        inChannel.close();
        sChannel.close();
    }
    
    //服务端
    @Test
    public void server() throws IOException{
        ServerSocketChannel ssChannel = ServerSocketChannel.open();
        
        FileChannel outChannel = FileChannel.open(Paths.get("2.jpg"), StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.CREATE);
        
        ssChannel.bind(new InetSocketAddress(9898));
        
        SocketChannel sChannel = ssChannel.accept();
        
        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
        
        while(sChannel.read(buf) != -1){
            buf.flip();
            outChannel.write(buf);
            buf.clear();
        }
        
        //发送反馈给客户端
        buf.put("服务端接收数据成功".getBytes());
        buf.flip();
        sChannel.write(buf);
        
        sChannel.close();
        outChannel.close();
        ssChannel.close();
    }

}

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Date;
import java.util.Iterator;
import java.util.Scanner;

import org.junit.Test;

/*
 * 一、使用 NIO 完成网络通信的三个核心：
 * 
 * 1. 通道（Channel）：负责连接
 *         
 *        java.nio.channels.Channel 接口：
 *             |--SelectableChannel
 *                 |--SocketChannel
 *                 |--ServerSocketChannel
 *                 |--DatagramChannel
 * 
 *                 |--Pipe.SinkChannel
 *                 |--Pipe.SourceChannel
 * 
 * 2. 缓冲区（Buffer）：负责数据的存取
 * 
 * 3. 选择器（Selector）：是 SelectableChannel 的多路复用器。用于监控 SelectableChannel 的 IO 状况
 * 
 */
public class TestNonBlockingNIO {
    
    //客户端
    @Test
    public void client() throws IOException{
        //1. 获取通道
        SocketChannel sChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 9898));
        
        //2. 切换非阻塞模式
        sChannel.configureBlocking(false);
        
        //3. 分配指定大小的缓冲区
        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
        
        //4. 发送数据给服务端
        Scanner scan = new Scanner(System.in);
        
        while(scan.hasNext()){
            String str = scan.next();
            buf.put((new Date().toString() + "
" + str).getBytes());
            buf.flip();
            sChannel.write(buf);
            buf.clear();
        }
        
        //5. 关闭通道
        sChannel.close();
    }

    //服务端
    @Test
    public void server() throws IOException{
        //1. 获取通道
        ServerSocketChannel ssChannel = ServerSocketChannel.open();
        
        //2. 切换非阻塞模式
        ssChannel.configureBlocking(false);
        
        //3. 绑定连接
        ssChannel.bind(new InetSocketAddress(9898));
        
        //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”
        ssChannel.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“选择键(已就绪的监听事件)”
            Iterator<SelectionKey> it = selector.selectedKeys().iterator();
            
            while(it.hasNext()){
                //8. 获取准备“就绪”的是事件
                SelectionKey sk = it.next();
                
                //9. 判断具体是什么事件准备就绪
                if(sk.isAcceptable()){
                    //10. 若“接收就绪”，获取客户端连接
                    SocketChannel sChannel = ssChannel.accept();
                    
                    //11. 切换非阻塞模式
                    sChannel.configureBlocking(false);
                    
                    //12. 将该通道注册到选择器上
                    sChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                }else if(sk.isReadable()){
                    //13. 获取当前选择器上“读就绪”状态的通道
                    SocketChannel sChannel = (SocketChannel) sk.channel();
                    
                    //14. 读取数据
                    ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
                    
                    int len = 0;
                    while((len = sChannel.read(buf)) > 0 ){
                        buf.flip();
                        System.out.println(new String(buf.array(), 0, len));
                        buf.clear();
                    }
                }
                
                //15. 取消选择键 SelectionKey
                it.remove();
            }
        }
    }
}

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.DatagramChannel;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.util.Date;
import java.util.Iterator;
import java.util.Scanner;

import org.junit.Test;

public class TestNonBlockingNIO2 {
    
    @Test
    public void send() throws IOException{
        DatagramChannel dc = DatagramChannel.open();
        
        dc.configureBlocking(false);
        
        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
        
        Scanner scan = new Scanner(System.in);
        
        while(scan.hasNext()){
            String str = scan.next();
            buf.put((new Date().toString() + ":
" + str).getBytes());
            buf.flip();
            dc.send(buf, new InetSocketAddress("127.0.0.1", 9898));
            buf.clear();
        }
        
        dc.close();
    }
    
    @Test
    public void receive() throws IOException{
        DatagramChannel dc = DatagramChannel.open();
        
        dc.configureBlocking(false);
        
        dc.bind(new InetSocketAddress(9898));
        
        Selector selector = Selector.open();
        
        dc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
        
        while(selector.select() > 0){
            Iterator<SelectionKey> it = selector.selectedKeys().iterator();
            
            while(it.hasNext()){
                SelectionKey sk = it.next();
                
                if(sk.isReadable()){
                    ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
                    
                    dc.receive(buf);
                    buf.flip();
                    System.out.println(new String(buf.array(), 0, buf.limit()));
                    buf.clear();
                }
            }
            
            it.remove();
        }
    }

}

管道 (Pipe)

Java NIO 管道是2个线程之间的单向数据连接。
Pipe有一个source通道和一个sink通道。数据会
被写到sink通道,从source通道读取。

 

向管道写数据

从管道读取数据
• 从读取管道的数据,需要访问source通道。

• 调用source通道的read()方法来读取数据

 

import java.io.IOException;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.Pipe;

import org.junit.Test;

public class TestPipe {

    @Test
    public void test1() throws IOException{
        //1. 获取管道
        Pipe pipe = Pipe.open();
        
        //2. 将缓冲区中的数据写入管道
        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
        
        Pipe.SinkChannel sinkChannel = pipe.sink();
        buf.put("通过单向管道发送数据".getBytes());
        buf.flip();
        sinkChannel.write(buf);
        
        //3. 读取缓冲区中的数据
        Pipe.SourceChannel sourceChannel = pipe.source();
        buf.flip();
        int len = sourceChannel.read(buf);
        System.out.println(new String(buf.array(), 0, len));
        
        sourceChannel.close();
        sinkChannel.close();
    }
    
}

3-NIO.2 – Path、Paths、Files

NIO.2

随着 JDK 7 的发布,Java对NIO进行了极大的扩
展,增强了对文件处理和文件系统特性的支持,
以至于我们称他们为 NIO.2。因为 NIO 提供的
一些功能,NIO已经成为文件处理中越来越重
要的部分。Path 与 Paths
 java.nio.file.Path 接口代表一个平台无关的平台路径,描述了目
录结构中文件的位置。

Paths 提供的 get() 方法用来获取 Path 对象:

Path get(String first, String ... more) : 用于将多个字符串串连成路径。

Path 常用方法: 

boolean endsWith(String path) : 判断是否以 path 路径结束
boolean startsWith(String path) : 判断是否以 path 路径开始
boolean isAbsolute() : 判断是否是绝对路径
Path getFileName() : 返回与调用 Path 对象关联的文件名
Path getName(int idx) : 返回的指定索引位置 idx 的路径名称
int getNameCount() : 返回Path 根目录后面元素的数量
Path getParent() :返回Path对象包含整个路径,不包含 Path 对象指定的文件路径
Path getRoot() :返回调用 Path 对象的根路径
Path resolve(Path p) :将相对路径解析为绝对路径
Path toAbsolutePath() : 作为绝对路径返回调用 Path 对象
String toString() : 返回调用 Path 对象的字符串表示形式Files 类
java.nio.file.Files 用于操作文件或目录的工具类。

Files常用方法: 

Path copy(Path src, Path dest, CopyOption ... how) : 文件的复制
Path createDirectory(Path path, FileAttribute<?> ... attr) : 创建一个目录
Path createFile(Path path, FileAttribute<?> ... arr) : 创建一个文件
void delete(Path path) : 删除一个文件
Path move(Path src, Path dest, CopyOption...how) : 将 src 移动到 dest 位置
long size(Path path) : 返回 path 指定文件的大小Files 类

Files常用方法:用于判断

boolean exists(Path path, LinkOption ... opts) : 判断文件是否存在
boolean isDirectory(Path path, LinkOption ... opts) : 判断是否是目录
boolean isExecutable(Path path) : 判断是否是可执行文件
boolean isHidden(Path path) : 判断是否是隐藏文件
boolean isReadable(Path path) : 判断文件是否可读
boolean isWritable(Path path) : 判断文件是否可写
boolean notExists(Path path, LinkOption ... opts) : 判断文件是否不存在
public static <A extends BasicFileAttributes> A readAttributes(Path path,Class<A> type,LinkOption...
options) : 获取与 path 指定的文件相关联的属性。

Files常用方法:用于操作内容 

SeekableByteChannel newByteChannel(Path path, OpenOption...how) : 获取与指定文件的连接,


how 指定打开方式。


DirectoryStream newDirectoryStream(Path path) : 打开 path 指定的目录
InputStream newInputStream(Path path, OpenOption...how):获取 InputStream 对象
OutputStream newOutputStream(Path path, OpenOption...how) : 获取 OutputStream 对象自动资源管理

Java 7 增加了一个新特性,该特性提供了另外
一种管理资源的方式,这种方式能自动关闭文
件。这个特性有时被称为自动资源管理
(Automatic Resource Management, ARM), 该特
性以 try 语句的扩展版为基础。自动资源管理
主要用于,当不再需要文件(或其他资源)时,
可以防止无意中忘记释放它们。自动资源管理
自动资源管理基于 try 语句的扩展形式:

try(需要关闭的资源声明){
//可能发生异常的语句
}catch(异常类型 变量名){
//异常的处理语句
}
......
finally{
//一定执行的语句
}

当 try 代码块结束时,自动释放资源。因此不需要显示的调用 close() 方法。该形式也称为“带资源的 try 语句”。
注意:
1try 语句中声明的资源被隐式声明为 final ,资源的作用局限于带资源的 try

语句
2可以在一条 try 语句中管理多个资源,每个资源以“;” 隔开即可。
3需要关闭的资源,必须实现了 AutoCloseable 接口或其自接口 Closeable

import java.io.IOException;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.channels.SeekableByteChannel;
import java.nio.file.DirectoryStream;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.LinkOption;
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.Paths;
import java.nio.file.StandardCopyOption;
import java.nio.file.StandardOpenOption;
import java.nio.file.attribute.BasicFileAttributes;
import java.nio.file.attribute.DosFileAttributeView;

import org.junit.Test;

public class TestNIO_2 {
    
    
    //自动资源管理：自动关闭实现 AutoCloseable 接口的资源
    @Test
    public void test8(){
        try(FileChannel inChannel = FileChannel.open(Paths.get("1.jpg"), StandardOpenOption.READ);
                FileChannel outChannel = FileChannel.open(Paths.get("2.jpg"), StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.CREATE)){
            
            ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
            inChannel.read(buf);
            
        }catch(IOException e){
            
        }
    }
    
    /*
        Files常用方法：用于操作内容
            SeekableByteChannel newByteChannel(Path path, OpenOption…how) : 获取与指定文件的连接，how 指定打开方式。
            DirectoryStream newDirectoryStream(Path path) : 打开 path 指定的目录
            InputStream newInputStream(Path path, OpenOption…how):获取 InputStream 对象
            OutputStream newOutputStream(Path path, OpenOption…how) : 获取 OutputStream 对象
     */
    @Test
    public void test7() throws IOException{
        SeekableByteChannel newByteChannel = Files.newByteChannel(Paths.get("1.jpg"), StandardOpenOption.READ);
        
        DirectoryStream<Path> newDirectoryStream = Files.newDirectoryStream(Paths.get("e:/"));
        
        for (Path path : newDirectoryStream) {
            System.out.println(path);
        }
    }
    
    /*
        Files常用方法：用于判断
            boolean exists(Path path, LinkOption … opts) : 判断文件是否存在
            boolean isDirectory(Path path, LinkOption … opts) : 判断是否是目录
            boolean isExecutable(Path path) : 判断是否是可执行文件
            boolean isHidden(Path path) : 判断是否是隐藏文件
            boolean isReadable(Path path) : 判断文件是否可读
            boolean isWritable(Path path) : 判断文件是否可写
            boolean notExists(Path path, LinkOption … opts) : 判断文件是否不存在
            public static <A extends BasicFileAttributes> A readAttributes(Path path,Class<A> type,LinkOption... options) : 获取与 path 指定的文件相关联的属性。
     */
    @Test
    public void test6() throws IOException{
        Path path = Paths.get("e:/nio/hello7.txt");
//        System.out.println(Files.exists(path, LinkOption.NOFOLLOW_LINKS));
        
        BasicFileAttributes readAttributes = Files.readAttributes(path, BasicFileAttributes.class, LinkOption.NOFOLLOW_LINKS);
        System.out.println(readAttributes.creationTime());
        System.out.println(readAttributes.lastModifiedTime());
        
        DosFileAttributeView fileAttributeView = Files.getFileAttributeView(path, DosFileAttributeView.class, LinkOption.NOFOLLOW_LINKS);
        
        fileAttributeView.setHidden(false);
    }
    
    /*
        Files常用方法：
            Path copy(Path src, Path dest, CopyOption … how) : 文件的复制
            Path createDirectory(Path path, FileAttribute<?> … attr) : 创建一个目录
            Path createFile(Path path, FileAttribute<?> … arr) : 创建一个文件
            void delete(Path path) : 删除一个文件
            Path move(Path src, Path dest, CopyOption…how) : 将 src 移动到 dest 位置
            long size(Path path) : 返回 path 指定文件的大小
     */
    @Test
    public void test5() throws IOException{
        Path path1 = Paths.get("e:/nio/hello2.txt");
        Path path2 = Paths.get("e:/nio/hello7.txt");
        
        System.out.println(Files.size(path2));
        
//        Files.move(path1, path2, StandardCopyOption.ATOMIC_MOVE);
    }
    
    @Test
    public void test4() throws IOException{
        Path dir = Paths.get("e:/nio/nio2");
//        Files.createDirectory(dir);
        
        Path file = Paths.get("e:/nio/nio2/hello3.txt");
//        Files.createFile(file);
        
        Files.deleteIfExists(file);
    }
    
    @Test
    public void test3() throws IOException{
        Path path1 = Paths.get("e:/nio/hello.txt");
        Path path2 = Paths.get("e:/nio/hello2.txt");
        
        Files.copy(path1, path2, StandardCopyOption.REPLACE_EXISTING);
    }
    
    /*
        Paths 提供的 get() 方法用来获取 Path 对象：
            Path get(String first, String … more) : 用于将多个字符串串连成路径。
        Path 常用方法：
            boolean endsWith(String path) : 判断是否以 path 路径结束
            boolean startsWith(String path) : 判断是否以 path 路径开始
            boolean isAbsolute() : 判断是否是绝对路径
            Path getFileName() : 返回与调用 Path 对象关联的文件名
            Path getName(int idx) : 返回的指定索引位置 idx 的路径名称
            int getNameCount() : 返回Path 根目录后面元素的数量
            Path getParent() ：返回Path对象包含整个路径，不包含 Path 对象指定的文件路径
            Path getRoot() ：返回调用 Path 对象的根路径
            Path resolve(Path p) :将相对路径解析为绝对路径
            Path toAbsolutePath() : 作为绝对路径返回调用 Path 对象
            String toString() ： 返回调用 Path 对象的字符串表示形式
     */
    @Test
    public void test2(){
        Path path = Paths.get("e:/nio/hello.txt");
        
        System.out.println(path.getParent());
        System.out.println(path.getRoot());
        
//        Path newPath = path.resolve("e:/hello.txt");
//        System.out.println(newPath);
        
        Path path2 = Paths.get("1.jpg");
        Path newPath = path2.toAbsolutePath();
        System.out.println(newPath);
        
        System.out.println(path.toString());
    }
    
    @Test
    public void test1(){
        Path path = Paths.get("e:/", "nio/hello.txt");
        
        System.out.println(path.endsWith("hello.txt"));
        System.out.println(path.startsWith("e:/"));
        
        System.out.println(path.isAbsolute());
        System.out.println(path.getFileName());
        
        for (int i = 0; i < path.getNameCount(); i++) {
            System.out.println(path.getName(i));
        }
    }
}