Java NIO 簡介
Java NIO（New IO）是從 Java 1.4 版本開始引入的一個新的 IO API，可以替代標準的 Java IO API。NIO 與原來的 IO 有同樣的作用和目的，但是使用的方式完全不同，NIO支持面向緩沖區的、基于通道的 IO 操作。NIO 將以更加高效的方式進行文件的讀寫操作。
Java NIO 與 IO 的主要區別
通道（Channel）與緩沖區（Buffer）
Java NIO 系統的核心在于：通道（Channel）和緩沖區（Buffer）。通道表示打開到 IO 設備（例如：文件、套接字）的連接。若需要使用 NIO 系統，需要獲取用于連接 IO 設備的通道以及用于容納數據的緩沖區。然后操作緩沖區，對數據進行處理。
舉個例子，通道就像鐵路，而緩沖區就像火車，鐵路本身不能運輸數據，火車才可以運輸。
緩沖區（Buffer）
一個用于特定基本數據類型的容器。由 java.nio 包定義的，所有緩沖區都是 Buffer 抽象類的子類。
Java NIO 中的 Buffer 主要用于與 NIO 通道進行交互，數據是從通道讀入緩沖區，從緩沖區寫入通道中的。
Buffer 就像一個數組，可以保存多個相同類型的數據。根據數據類型不同（boolean 除外），有以下 Buffer 常用子類：
- ByteBuffer
- CharBuffer
- ShortBuffer
- IntBuffer
- LongBuffer
- FloatBuffer
- DoubleBuffer
上述 Buffer 類 他們都采用相似的方法進行管理數據，只是各自管理的數據類型不同而已。都是通過如下方法獲取一個 Buffer 對象：
static XxxBuffer allocate(int capacity) : 創建一個容量為 capacity 的 XxxBuffer 對象
緩沖區的基本屬性
容量 (capacity) ：表示 Buffer 最大數據容量，緩沖區容量不能為負，并且創建后不能更改。
限制 (limit)：第一個不應該讀取或寫入的數據的索引，即位于 limit 后的數據不可讀寫。緩沖區的限制不能為負，并且不能大于其容量。（可以操作數據的大小）
-
位置 (position)：下一個要讀取或寫入的數據的索引。緩沖區的位置不能為負，并且不能大于其限制。
通過下面的代碼可以更好的理解 capacity、limit、以及 position：
String str = "abcde"; // 1. 分配一個指定大小的緩沖區 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() 存入數據到緩沖區中 buf.put(str.getBytes()); System.out.println("-----------------put()----------------"); System.out.println(buf.position()); System.out.println(buf.limit()); System.out.println(buf.capacity()); // 3. 切換讀取數據模式 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() 讀取緩沖區中的數據 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() : 可重復讀 buf.rewind(); System.out.println("-----------------rewind()----------------"); System.out.println(buf.position()); System.out.println(buf.limit()); System.out.println(buf.capacity()); // 6. clear() : 清空緩沖區. 但是緩沖區中的數據依然存在，但是處于“被遺忘”狀態，數據還在，但是指針位置變了 buf.clear(); System.out.println("-----------------clear()----------------"); System.out.println(buf.position()); System.out.println(buf.limit()); System.out.println(buf.capacity()); // 所以這里還是能取得到數據的 System.out.println((char) buf.get());image.png運行結果：
-----------------allocate()---------------- 0 1024 1024 -----------------put()---------------- 5 1024 1024 -----------------flip()---------------- 0 5 1024 abcde -----------------get()---------------- 5 5 1024 -----------------rewind()---------------- 0 5 1024 -----------------clear()---------------- 0 1024 1024 a -
標記 (mark)與重置 (reset)：標記是一個索引，通過 Buffer 中的 mark() 方法指定 Buffer 中一個特定的 position，之后可以通過調用 reset() 方法恢復到這個 position（標記，表示記錄當前 position 的位置。可以通過 reset() 恢復到 mark 的位置）。
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()); System.out.println("--------------"); // mark() : 標記 buf.mark(); buf.get(dst, 2, 2); System.out.println(new String(dst, 2, 2)); System.out.println(buf.position()); System.out.println("--------------"); // reset() : 恢復到 mark 的位置 buf.reset(); System.out.println(buf.position()); // 判斷緩沖區中是否還有剩余數據 if(buf.hasRemaining()){ // 獲取緩沖區中可以操作的數量 System.out.println(buf.remaining()); }標記、位置、限制、容量遵守以下不變式： 0 <= mark <= position <= limit <= capacity
緩沖區的數據操作
Buffer 所有子類提供了兩個用于數據操作的方法：get() 與 put() 方法。
- 獲取 Buffer 中的數據
- get() ：讀取單個字節
- get(byte[] dst)：批量讀取多個字節到 dst 中
- get(int index)：讀取指定索引位置的字節(不會移動 position)
- 放入數據到 Buffer 中
- put(byte b)：將給定單個字節寫入緩沖區的當前位置
- put(byte[] src)：將 src 中的字節寫入緩沖區的當前位置
- put(int index, byte b)：將指定字節寫入緩沖區的索引位置(不會移動 position)
Buffer 的常用方法
通道（Channel）
由 java.nio.channels 包定義的。Channel 表示 IO 源與目標打開的連接。Channel 類似于傳統的“流”。只不過 Channel 本身不能直接訪問數據，Channel 只能與 Buffer 進行交互。
Java 為 Channel 接口提供的最主要實現類如下：
- FileChannel：用于讀取、寫入、映射和操作文件的通道。
- DatagramChannel：通過 UDP 讀寫網絡中的數據通道。
- SocketChannel：通過 TCP 讀寫網絡中的數據。
- ServerSocketChannel：可以監聽新進來的 TCP 連接，對每一個新進來的連接都會創建一個 SocketChannel。
獲取通道
獲取通道的一種方式是對支持通道的對象調用 getChannel() 方法。支持通道的類如下：
- FileInputStream
- FileOutputStream
- RandomAccessFile
- DatagramSocket
- Socket
- ServerSocket
獲取通道的其他方式是使用 Files 類的靜態方法 newByteChannel() 獲取字節通道。或者通過通道的靜態方法 open() 打開并返回指定通道。
通道的數據傳輸
非直接緩沖區
// 文件的復制
FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("1.jpg");
FileChannel inputStreamChannel = fileInputStream.getChannel();
FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream("2.jpg");
FileChannel outputStreamChannel = fileOutputStream.getChannel();
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
// 將通道數據存入緩沖區
while (inputStreamChannel.read(buffer)!=-1){
buffer.flip();
outputStreamChannel.write(buffer);
buffer.clear();
}
直接緩沖區
// 直接緩沖區
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);
// 內存映射文件
MappedByteBuffer inMappedBuf = inChannel.map(MapMode.READ_ONLY, 0, inChannel.size());
MappedByteBuffer outMappedBuf = outChannel.map(MapMode.READ_WRITE, 0, inChannel.size());
// 直接對緩沖區進行數據的讀寫操作
byte[] dst = new byte[inMappedBuf.limit()];
inMappedBuf.get(dst);
outMappedBuf.put(dst);
通道之間的數據傳輸
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());
分散（Scatter）和聚集（Gather）
分散讀取（Scattering Reads）是指從 Channel 中讀取的數據“分散”到多個 Buffer 中。
按照緩沖區的順序，從 Channel 中讀取的數據依次將 Buffer 填滿。
聚集寫入（Gathering Writes）是指將多個 Buffer 中的數據“聚集”到 Channel。
注意：按照緩沖區的順序，寫入 position 和 limit 之間的數據到 Channel 。
