javanio类_JavaNIO常用归纳

前言&＃xff1a; 之前的文章《Java文件IO常用归纳》主要写了Java 标准IO要注意的细节和技巧&＃xff0c;由于网上各种学习途径&＃xff0c;所以并没有详细示例等。本文主要简单看看java的NIO库的用法&＃xff0c;并做个小归纳&＃xff0c;可以对比标准IO参考一下。

NIO概述

(一)背景

NIO(New IO)&＃xff0c;在Java 1.4引入的一个新的IO API。【可替代标准IO API】

(二)工作方式

Channels and Buffers(通道和缓冲区)&＃xff1a;标准的IO基于字节流和字符流进行操作的&＃xff0c;而NIO是基于通道(Channel)和缓冲区(Buffer)进行操作&＃xff0c;数据总是从通道读取到缓冲区中&＃xff0c;或者从缓冲区写入到通道中。

Asynchronous IO(异步IO)&＃xff1a;Java NIO可以让你异步的使用IO&＃xff0c;例如&＃xff1a;当线程从通道读取数据到缓冲区时&＃xff0c;线程还是可以进行其他事情。当数据被写入到缓冲区时&＃xff0c;线程可以继续处理它。从缓冲区写入通道也类似。

Selectors(选择器)&＃xff1a;Java NIO引入了选择器的概念&＃xff0c;选择器用于监听多个通道的事件(比如&＃xff1a;连接打开&＃xff0c;数据到达)。因此&＃xff0c;单个的线程可以监听多个数据通道

NIO 与 标准IO 的区别

IO面向Stream(流)&＃xff0c;NIO面向Buffer(缓存)

面向Stream&＃xff1a;每次从流中读取一个或多个字节&＃xff0c;直到读取所有字节&＃xff0c;并没有缓存字节的地方。不能前后移动流中的数据(因为如果要前后移动从流中读取的数据&＃xff0c;就需先将其缓存到一个缓存区中)。

面向Buffer【更灵活】&＃xff1a;数据读取到一个稍后处理的缓冲区&＃xff0c;需要时即可在缓冲区中前后移动(注意&＃xff1a;移动前首先需要检查是否该缓冲区中包含你需要处理的数据)。需要确保当更多数据读入缓冲区时&＃xff0c;不会覆盖掉区中原有的尚未处理的数据。

IO流都是阻塞的&＃xff0c;而NIO有非阻塞模式

IO的流&＃xff1a;当一个线程threadA使用IO调用read()/write()操作时&＃xff0c;threadA被阻塞&＃xff0c;直到一些数据被读取或写入完成&＃xff0c;此过程中threadA不能做任何事。

NIO的非阻塞模式&＃xff1a;

【非阻塞读】线程threadA从某channel发送请求读取数据时&＃xff0c;threadA仅能得到目前可用的数据&＃xff0c;若目前没有可用数据&＃xff0c;那么threadA不会获取任何数据并可以先做别的事情&＃xff0c;而不是保持阻塞&＃xff0c;直到有可用数据在这个通道出现。

【非阻塞写】一个线程请求写入一些数据到某通道&＃xff0c;但不需要等待它完全写入&＃xff0c;这个线程同时可以去做别的事情。

【应用】线程通常将非阻塞IO的空闲时间用于在其它通道上执行IO操作&＃xff0c;所以一个单独的线程现在可以管理多个输入和输出channels。

NIO独有选择器(Selector)

常用API总结

(一)核心接口与类关系图解与分析

FileChannel fileChannel &＃61; accessFile.getChannel();

SocketChannel

创建SocketChannel对象&＃xff1a;

SocketChannel sc &＃61; SocketChannel.open();

设置非阻塞IO状态&＃xff1a;

sc.configureBlocking(false);

开始打开连接

sc.connect(new InetSocketAddress("http://jianshu.com", 80));

非阻塞状态下&＃xff0c;成功连接前&＃xff0c;干别的事

sc.configureBlocking(false);

///...............

while(!sc.finishConnect()){ do other sth.... }

保证非阻塞IO状态下&＃xff0c;read()过程不会read 空数据

sc.configureBlocking(false);

///...............

while((int len &＃61; sc.read(buf))&＃61;&＃61;0){ do other sth.... }

保证非阻塞IO状态下&＃xff0c;write()过程不会write空数据

sc.configureBlocking(false);

///...............

while((int len &＃61; sc.write(buf))&＃61;&＃61;0){ do other sth.... }

ServerSocketChannel、DatagramChannel、Selector和Pipe的写法与方法说明&＃xff0c;由于篇幅原因&＃xff0c;可以参考下文的示例。

(三)文件IO --- FileChannel

读文件

public static byte[] readBytes(String fileName) {

try {

///获取对应文件的FileChannel对象

RandomAccessFile accessFile &＃61; new RandomAccessFile(fileName, "rw");

FileChannel fileChannel &＃61; accessFile.getChannel();

/// 创建一个缓冲区(大小为48byte)

ByteBuffer byteBuffer &＃61; ByteBuffer.allocate(48);

StringBuilder builder &＃61; new StringBuilder();

int bytesRead &＃61; fileChannel.read(byteBuffer);

while (bytesRead !&＃61; -1) {

System.out.println("Read " &＃43; bytesRead);

///翻转buffer

byteBuffer.flip();

///每次读取完之后&＃xff0c;输出缓存中的内容

while (byteBuffer.hasRemaining()) {

System.out.println((char) byteBuffer.get());

builder.append((char) byteBuffer.get());

}

///然后清空缓存区

byteBuffer.clear();

///重新再读数据到缓存区中

bytesRead &＃61; fileChannel.read(byteBuffer);

}

accessFile.close();

return builder.toString().getBytes();

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

return null;

}

}

写入文件

public static void writeBytes(String fileName, byte[] data) {

try {

RandomAccessFile accessFile &＃61; new RandomAccessFile(fileName, "rw");

FileChannel channel &＃61; accessFile.getChannel();

ByteBuffer buffer &＃61; ByteBuffer.allocate(48);

buffer.put(data);

channel.write(buffer);

} catch (FileNotFoundException e) {

e.printStackTrace();

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

}

}

通道间内容传输

/**

* channel 间的传输

*

* &＃64;param sFileName 源文件

* &＃64;param dFileName 目标文件

*/

public static void channelToChannel(String sFileName, String dFileName) {

try {

RandomAccessFile sAccess &＃61; new RandomAccessFile(sFileName, "rw");

RandomAccessFile dAccess &＃61; new RandomAccessFile(dFileName, "rw");

FileChannel sChannel &＃61; sAccess.getChannel();

FileChannel dChannel &＃61; dAccess.getChannel();

long pos &＃61; 0;

long sCount &＃61; sChannel.size();

long dCount &＃61; dChannel.size();

// dChannel.transferFrom(sChannel,pos,sCount);//dChannel 必须是FileChannel

sChannel.transferTo(pos, dCount, dChannel);///sChannel 是FileChannel

} catch (FileNotFoundException e) {

e.printStackTrace();

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

}

}

(四)TCP通信 --- SocketChannel

基本的C/S TCP通信

Client客户端写法&＃xff1a;

/**

* Client SocketChannel 写法&＃xff1a;

*/

public static void client(String fileName) {

SocketChannel sc &＃61; null;

try {

// 创建一个SocketChannel 通道

TODO: FileChannel无法设置为非阻塞模式&＃xff0c;它总是运行在阻塞模式下

sc &＃61; SocketChannel.open();

///TODO:非阻塞IO状态下&＃xff0c;socketChannel就可以异步地执行read()、write()、connect()方法了

sc.configureBlocking(false);

sc.connect(new InetSocketAddress("http://jianshu.com", 80));

while (!sc.finishConnect()) {///保证在connect成功之前&＃xff0c;可以做别的事情

//做点别的事。。。。。

}

while((int len &＃61; sc.read(xxx))&＃61;&＃61;0){ ///保证NBIO下&＃xff0c;read数据不会read空

// 做别的事。。。

}

while((int len &＃61; sc.write(xxx))&＃61;&＃61;0){///保证NBIO下&＃xff0c;write数据不会write空

// 做别的事。。。

}

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

} finally {

try {

if (sc !&＃61; null) {

sc.close();

}

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

}

}

}

&＃96;&＃96;&＃96;

Server服务端写法&＃xff1a;

/**

* 关于&＃xff1a;ServerSocketChannel

*/

public static void serverSocketChannel() {

ServerSocketChannel serverSocketChannel &＃61; null;

try {

///打开

serverSocketChannel &＃61; ServerSocketChannel.open();

///连接并开始监听TCP 9999端口

serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));

///TODO&＃xff1a;可设置非阻塞状态(需要检查accept到的socketChannel是否为null)

serverSocketChannel.configureBlocking(false);

while (true) {

SocketChannel socketChannel &＃61;

serverSocketChannel.accept();

//TODO: 非阻塞时需要考虑返回的socketChannel对象是否为null

if(socketChannel !&＃61; null){

//do something with socketChannel...

}

//do something with socketChannel...

}

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

} finally {

if (serverSocketChannel !&＃61; null)

try {

serverSocketChannel.close();

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

}

}

}

&＃96;&＃96;&＃96;

配合Selector&＃xff0c;简化SocketChannel在非阻塞IO状态下的Null情况监测逻辑

/**

* 关于 选择器 和 SocketChannel 的配合使用

*/

public static void selectorAndSocketChannel(String fileName) {

SocketChannel sc1 &＃61; null;

SocketChannel sc2 &＃61; null;

SocketChannel sc3 &＃61; null;

try {

// 创建几个SocketChannel 通道

TODO: FileChannel无法设置为非阻塞模式&＃xff0c;它总是运行在阻塞模式下

sc1 &＃61; SocketChannel.open();

sc2 &＃61; SocketChannel.open();

sc3 &＃61; SocketChannel.open();

///TODO:非阻塞IO状态下&＃xff0c;socketChannel就可以异步地执行read()、write()、connect()方法了

sc1.configureBlocking(false);

sc2.configureBlocking(false);

sc3.configureBlocking(false);

sc1.connect(new InetSocketAddress("http://jenkov.com", 80));

sc2.connect(new InetSocketAddress("http://jenkov.com", 80));

sc3.connect(new InetSocketAddress("http://jenkov.com", 80));

// 创建Selector

Selector selector &＃61; Selector.open();

// 注册channels

SelectionKey key1 &＃61; sc1.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

SelectionKey key2 &＃61; sc2.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

SelectionKey key3 &＃61; sc3.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

// 持续监控selector的四个事件(接受、连接、读、写)是否就绪

while (true) {

int readyChannels &＃61; selector.select();

if (readyChannels &＃61;&＃61; 0) continue;

Set selectedKeys &＃61; selector.selectedKeys();

Iterator keyIterator &＃61; selectedKeys.iterator();

while (keyIterator.hasNext()) {

SelectionKey key &＃61; (SelectionKey) keyIterator.next();

if (key.isAcceptable()) {

// a connection was accepted by a ServerSocketChannel.

///我的这个连接请求被服务端接受了

} else if (key.isConnectable()) {

// a connection was established with a remote server.

///已经连接上

} else if (key.isReadable()) {

// a channel is ready for reading

///可读数据

} else if (key.isWritable()) {

// a channel is ready for writing

///可写数据

}

}

keyIterator.remove();

}

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

} finally {

try {

if (sc1 !&＃61; null) {

sc1.close();

}

if (sc2 !&＃61; null) {

sc2.close();

}

if (sc3 !&＃61; null) {

sc3.close();

}

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

}

}

}

(五)UDP通信 --- DatagramChannel

收发UDP数据包 的简单示例

/**

* 关于&＃xff1a;DatagramChannel

* UDP 无连接网络协议

* 发送和接收的是数据包

*/

public static void datagramChannel() {

DatagramChannel datagramChannel &＃61; null;

try {

///打开

datagramChannel &＃61; DatagramChannel.open();

///连接并开始监听UDP 9999端口

datagramChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));

// 接收数据包(receive()方法会将接收到的数据包内容复制到指定的Buffer. 如果Buffer容不下收到的数据&＃xff0c;多出的数据将被丢弃。 )

ByteBuffer buf &＃61; ByteBuffer.allocate(48);

buf.clear();

datagramChannel.receive(buf);

// 发送数据 send()

String sendMsg &＃61; "要发送的数据";

ByteBuffer sendBuf &＃61; ByteBuffer.allocate(48);

sendBuf.clear();

sendBuf.put(sendMsg.getBytes());

sendBuf.flip();

datagramChannel.send(sendBuf,new InetSocketAddress("xxxxx",80));

// TODO: 连接到特定的地址(锁住DatagramChannel &＃xff0c;让其只能从特定地址收发数据 因为UDP无连接&＃xff0c;本身没有真正的连接产出)

datagramChannel.connect(new InetSocketAddress("jenkov.com", 80));

///连接后&＃xff0c;也可以使用Channal 的read()和write()方法&＃xff0c;就像在用传统的通道一样。只是在数据传送方面没有任何保证

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

} finally {

if (datagramChannel !&＃61; null)

try {

datagramChannel.close();

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

}

}

}

(六)NIO管道(Pipe)

首先&＃xff0c;什么是NIO管道&＃xff0c;下图可以看出其内部结构和功能特点&＃xff1a;

NIO Pipe&＃xff0c;是两个线程之间的单向连接通道(读下图可知)

Pipe类内部有两个成员属性&＃xff0c;分别是&＃xff1a;

Pipe.SinkChannel&＃xff1a;数据入口通道

Pipe.SourceChannel&＃xff1a;数据出口通道

整体原理&＃xff1a;ThreadA中获取的数据通过SinkChannel传入(写入)管道&＃xff0c;当ThreadB要读取ThreadA的数据&＃xff0c;则通过管道的SourceChannel传出(读取)数据。

NIO Pipe原理图解

示例: 管道传输数据

/**

* 关于NIO管道(Pipe)

* 定义&＃xff1a;2个线程之间的单向数据连接

*/

public static void aboutPipe(){

Pipe pipe&＃61;null;

try {

/// 打开管道

pipe &＃61; Pipe.open();

///TODO: 一、 向管道写入数据

/// 访问Pipe.sinkChannel&＃xff0c;向Pipe写入数据

/// 首先&＃xff0c;获取Pipe.sinkChannel

Pipe.SinkChannel sinkChannel &＃61; pipe.sink();

/// 然后&＃xff0c;调用write()&＃xff0c;开始写入数据

String newData &＃61; "New String to write to file..." &＃43; System.currentTimeMillis();

ByteBuffer buf &＃61; ByteBuffer.allocate(48);

buf.clear();

buf.put(newData.getBytes());

buf.flip();

while(buf.hasRemaining()){

sinkChannel.write(buf);

}

// TODO: 二、读取管道中的数据

// 首先&＃xff0c;获取Pipe.sourceChannel

Pipe.SourceChannel sourceChannel &＃61; pipe.source();

/// 读取数据到buffer

ByteBuffer buf2 &＃61; ByteBuffer.allocate(48);

int bytesRead &＃61; sourceChannel.read(buf2);

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

}

}

附录&＃xff1a;java.nio包相关接口与类图一览

Buffer类图

java.nio.channels 相关接口关系图

java.nio.channels 相关类图

java.nio.charset 相关类图(这个包主要做不同编码格式的加解密等工作)

参考文章