Java学习笔记--NIO

参考资料：http://ifeve.com/buffers/

BIO/NIO/AIO的区别联系

http://stevex.blog.51cto.com/4300375/1284437
http://www.cnblogs.com/alipayhutu/archive/2012/05/09/2492037.html

1. NIO代码示例

public static void main(String[] args) throws IOException {
    RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("f:\node.txt","rw");
    FileChannel inChannel = aFile.getChannel();
    ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
    
    int bytesRead = inChannel.read(buf);
    while (bytesRead != -1) {
        System.out.println("Read,字符数量是：" + bytesRead);
        buf.flip();
        System.out.println("输出：");
        while (buf.hasRemaining()) {
            System.out.print((char) buf.get());
        }
        System.out.println();
        buf.clear();
        bytesRead = inChannel.read(buf);
    }
    aFile.close();
}

2. 输出结果：

Read,字符数量是：48
输出：
<node id='-665' lat='38.92025517116' lon='121.58
Read,字符数量是：48
输出：
810979934' />
<node id='-8' lat='38.90686208459
//省略

3. 解释：

3.1 Buffer的分配
要想获得一个Buffer对象首先要进行分配。 每一个Buffer类都有一个allocate方法。下面是一个分配48字节capacity的ByteBuffer的例子。

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

这是分配一个可存储1024个字符的CharBuffer：

CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(1024);

3.2 向Buffer中写数据

写数据到Buffer有两种方式：

1. 从Channel写到Buffer。例：

buf.put(127);

2. 通过Buffer的put()方法写到Buffer里。例：

int bytesRead = inChannel.read(buf); //read into buffer.

返回值为-1证明读到末尾。put方法有很多版本，允许你以不同的方式把数据写入到Buffer中。例如， 写到一个指定的位置，或者把一个字节数组写入到Buffer。 更多Buffer实现的细节参考JavaDoc。

3.3 flip()方法

flip方法将Buffer从写模式切换到读模式。调用flip()方法会将position设回0，并将limit设置成之前position的值。
换句话说，position现在用于标记读的位置，limit表示之前写进了多少个byte、char等 —— 现在能读取多少个byte、char等。

从Buffer中读取数据
从Buffer中读取数据有两种方式：

1. 从Buffer读取数据到Channel。例

//read from buffer into channel.
int bytesWritten = inChannel.write(buf);

2. 使用get()方法从Buffer中读取数据。

byte aByte = buf.get();

3.4 clear()与compact()方法

一旦读完Buffer中的数据，需要让Buffer准备好再次被写入。可以通过clear()或compact()方法来完成。

1. clear()
如果调用的是clear()方法，position将被设回0，limit被设置成 capacity的值。换句话说，Buffer 被清空了。Buffer中的数据并未清除，只是这些标记告诉我们可以从哪里开始往Buffer里写数据。
如果Buffer中有一些未读的数据，调用clear()方法，数据将“被遗忘”，意味着不再有任何标记会告诉你哪些数据被读过，哪些还没有。

2. compact
如果Buffer中仍有未读的数据，且后续还需要这些数据，但是此时想要先先写些数据，那么使用compact()方法。
compact()方法将所有未读的数据拷贝到Buffer起始处。然后将position设到最后一个未读元素正后面。limit属性依然像clear()方法一样，设置成capacity。现在Buffer准备好写数据了，但是不会覆盖未读的数据。

3.5 mark()与reset()方法
通过调用Buffer.mark()方法，可以标记Buffer中的一个特定position。之后可以通过调用Buffer.reset()方法恢复到这个position

4. Scatter/Gather

4.1 Scattering Reads
Scattering Reads是指数据从一个channel读取到多个buffer中。

代码示例如下：

ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(128);
ByteBuffer body = ByteBuffer.allocate(1024);
ByteBuffer[] bufferArray = { header, body };
channel.read(bufferArray);

　　注意buffer首先被插入到数组，然后再将数组作为channel.read() 的输入参数。read()方法按照buffer在数组中的顺序将从channel中读取的数据写入到buffer，当一个buffer被写满后，channel紧接着向另一个buffer中写。

　　Scattering Reads在移动下一个buffer前，必须填满当前的buffer，这也意味着它不适用于动态消息(译者注：消息大小不固定)。换句话说，如果存在消息头和消息体，消息头必须完成填充（例如 128byte），Scattering Reads才能正常工作。

4.2 Gathering Writes

Gathering Writes是指数据从多个buffer写入到同一个channel。

代码示例如下：

ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(128);
ByteBuffer body = ByteBuffer.allocate(1024);
//write data into buffers
ByteBuffer[] bufferArray = { header, body };
channel.write(bufferArray);

　　buffers数组是write()方法的入参，write()方法会按照buffer在数组中的顺序，将数据写入到channel，注意只有position和limit之间的数据才会被写入。因此，如果一个buffer的容量为128byte，但是仅仅包含58byte的数据，那么这58byte的数据将被写入到channel中。因此与Scattering Reads相反，Gathering Writes能较好的处理动态消息。

5. 内存映射 MappedByteBuffer 

FileChannel提供了map方法来把文件影射为内存映像文件： MappedByteBuffer map(int mode,long position,long size); 可以把文件的从position开始的size大小的区域映射为内存映像文件，mode指出了 可访问该内存映像文件的方式：READ_ONLY,READ_WRITE,PRIVATE.
a. READ_ONLY,（只读）： 试图修改得到的缓冲区将导致抛出 ReadOnlyBufferException.(MapMode.READ_ONLY)
b. READ_WRITE（读/写）： 对得到的缓冲区的更改最终将传播到文件；该更改对映射到同一文件的其他程序不一定是可见的。 (MapMode.READ_WRITE)
c. PRIVATE（专用）： 对得到的缓冲区的更改不会传播到文件，并且该更改对映射到同一文件的其他程序也不是可见的；相反，会创建缓冲区已修改部分的专用副本。 (MapMode.PRIVATE) 

三个方法： 

a. fore();缓冲区是READ_WRITE模式下，此方法对缓冲区内容的修改强行写入文件
b. load()将缓冲区的内容载入内存，并返回该缓冲区的引用
c. isLoaded()如果缓冲区的内容在物理内存中，则返回真，否则返回假 

三个特性： 

调用信道的map()方法后，即可将文件的某一部分或全部映射到内存中，映射内存缓冲区是个直接缓冲区，继承自ByteBuffer,但相对于ByteBuffer,它有更多的优点： 

a. 读取快
b. 写入快
c. 随时随地写入

例： 

import java.io.RandomAccessFile;
import java.nio.MappedByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class MemoryMappedFileInJava {
    private static int count = 10485760; // 10 MB
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        RandomAccessFile memoryMappedFile = new RandomAccessFile("f:\largeFile.txt", "rw");
        // Mapping a file into memory
        MappedByteBuffer out = memoryMappedFile.getChannel().map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, count);
        // Writing into Memory Mapped File
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            out.put((byte) 'A');
        }
        System.out.println("Writing to Memory Mapped File is completed");
        // reading from memory file in Java
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.print((char) out.get(i));
        }
        System.out.println("Reading from Memory Mapped File is completed");
        memoryMappedFile.close();
    }
}

下面快速总结一下Java内存映射文件和IO

1）. Java语言通过java.nio包支持内存映射文件和IO。
2）. 内存映射文件用于对性能要求高的系统中，如繁忙的电子交易系统
3）. 使用内存映射IO你可以将文件的一部分加载到内存中
4）. 如果被请求的页面不在内存中，内存映射文件会导致页面错误
5）. 将一个文件区间映射到内存中的能力取决于内存的可寻址范围。在32位机器中，不能超过4GB，即2^32比特。
6）. Java中的内存映射文件比流IO要快(译注：对于大文件而言是对的，小文件则未必）
7）. 用于加载文件的内存在Java的堆内存之外，存在于共享内存中，允许两个不同进程访问文件。顺便说一下，这依赖于你用的是direct还是non-direct字节缓存。
8）. 读写内存映射文件是操作系统来负责的，因此，即使你的Java程序在写入内存后就挂掉了，只要操作系统工作正常，数据就会写入磁盘。
9）. Direct字节缓存比non-direct字节缓存性能要好
10）. 不要经常调用MappedByteBuffer.force()方法，这个方法强制操作系统将内存中的内容写入硬盘，所以如果你在每次写内存映射文件后都调用force()方法，你就不能真正从内存映射文件中获益，而是跟disk IO差不多。
11）. 如果电源故障或者主机瘫痪，有可能内存映射文件还没有写入磁盘，意味着可能会丢失一些关键数据。
12）. MappedByteBuffer和文件映射在缓存被GC之前都是有效的。sun.misc.Cleaner可能是清除内存映射文件的唯一选择。