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【Java教程】Java NIO理解与使用

来源：黑马程序员

浏览4583人

2022.11.02

NIO的基本用法

NIO是New I/O的简称，与旧式基于流的I/O相对，从名字上来看，它表示新的一套I/O标准。它是从JDK1.4中被纳入到JDK中的。

与旧式的IO流相比，NIO是基于Block的，它以块为单位来处理数据，最为重要的两个组件是缓冲区Buffer和通道Channel。缓冲区是一块连续的内存块，是NIO读写数据的载体；通道表示缓冲数据的源头和目的地，它用于向缓冲区读取或者写入数据，是访问缓冲区的接口。

Buffer的基本原理

Buffer中最重要的3个参数：位置（position）、容量（capacity）、上限（limit）。他们3者的含义如下

位置（position）: 表示当前缓冲区的位置，从position位置之后开始读写数据。
容量（capacity）: 表示缓冲区的最大容量
上限（limit）: 表示缓冲区的实际上限，它总是小于或等于容量

缓冲区的容量（capacity）是不变的，而位置（position）和上限（limit）和以根据实际需要而变化。也就是说，可以通过改变当前位置和上限来操作缓冲区内任意位置的数据。

Buffer的常用方法

NIO提供一系列方法来操作Buffer的位置（position）和上限（limit），以及向缓冲区读写数据。

put() //向缓冲区position位置添加数据。并且position往后移动，不能超过limit上限。
get() //读取当前position位置的数据。并且position往后移动，不能超过limit上限。
flip() //将limit置位为当前position位置，再讲position设置为0
rewind() //仅将当前position位置设置为0
remaining //获取缓冲区中当前position位置和limit上限之间的元素数（有效的元素数）
hasRemaining() //判断当前缓冲区是否存在有效的元素数
mark() //在当前position位置打一个标记
reset() //将当前position位置恢复到mark标记的位置。
duplicate() //复制缓冲区

创建缓冲区

//创建一个容量为10的缓冲区
ByteBuffer byteBuffer1=ByteBuffer.allocate(10);

//创建一个包裹数据的缓冲区
ByteBuffer byteBuffer2 = ByteBuffer.wrap("abcde".getBytes());

获取/设置缓冲区参数

//创建一个容量为10的缓冲区
ByteBuffer byteBuffer=ByteBuffer.allocate(10);
System.out.println("位置："+byteBuffer.position());  //0
System.out.println("上限："+byteBuffer.limit()); //10
System.out.println("容量："+byteBuffer.capacity());//10

添加数据到缓冲区

//创建一个容量为10的缓冲区
ByteBuffer byteBuffer=ByteBuffer.allocate(10);
//添加数据到缓冲区
byteBuffer.put("abcde".getBytes());
System.out.println("position位置："+byteBuffer.position()); //5
System.out.println("limit上限："+byteBuffer.limit()); //10
System.out.println("capacity容量："+byteBuffer.capacity()); //10

rewind重置缓冲区

//创建一个容量为10的缓冲区
ByteBuffer byteBuffer=ByteBuffer.allocate(10);
//添加数据到缓冲区
byteBuffer.put("abcde".getBytes());

System.out.println("position位置："+byteBuffer.position()); //5
System.out.println("limit上限："+byteBuffer.limit()); //10
System.out.println("capacity容量："+byteBuffer.capacity()); //10

System.out.println("------------");

//重置缓冲区
byteBuffer.rewind();
System.out.println("position位置："+byteBuffer.position()); //0
System.out.println("limit上限："+byteBuffer.limit()); //10
System.out.println("capacity容量："+byteBuffer.capacity());//10

flip重置缓冲区

flip函数现将limit设置为position位置，再将position置为0位置，并清除mar标记。

//创建一个容量为10的缓冲区
ByteBuffer byteBuffer=ByteBuffer.allocate(10);
//添加数据到缓冲区
byteBuffer.put("abcde".getBytes());

System.out.println("position位置："+byteBuffer.position()); //5
System.out.println("limit上限："+byteBuffer.limit()); //10
System.out.println("capacity容量："+byteBuffer.capacity()); //10

System.out.println("------------");

//重置缓冲区
byteBuffer.flip();
System.out.println("position位置："+byteBuffer.position()); //0
System.out.println("limit上限："+byteBuffer.limit()); //5
System.out.println("capacity容量："+byteBuffer.capacity());//10

clear清空缓冲区

clear方法也将position置为0，同时将limit置为capacity的大小，并清除mark标记。

//创建一个容量为10的缓冲区
ByteBuffer byteBuffer=ByteBuffer.allocate(10);
//设置上限为5
byteBuffer.limit(5);
//添加数据到缓冲区
byteBuffer.put("abcde".getBytes());

System.out.println("position位置："+byteBuffer.position()); //5
System.out.println("limit上限："+byteBuffer.limit()); //5
System.out.println("capacity容量："+byteBuffer.capacity()); //10

System.out.println("------------");

//重置缓冲区
byteBuffer.clear();
System.out.println("position位置："+byteBuffer.position()); //0
System.out.println("limit上限："+byteBuffer.limit()); //10
System.out.println("capacity容量："+byteBuffer.capacity());//10

标记和恢复

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
//添加数据到缓冲区
buffer.put("abcde".getBytes());
//打一个标记
buffer.mark();
System.out.println("标记位置："+buffer.position()); //5
//再添加5个字节数据到缓冲区
buffer.put("fijkl".getBytes());
System.out.println("当前位置："+buffer.position()); //10
//将position恢复到mark标记位置
buffer.reset();
System.out.println("恢复标记位置："+buffer.position());//5

FileChannel通道

FileChannel是用于操作文件的通道，可以用于读取文件、也可以写入文件

//创建读取文件通道
FileChannel fisChannel = new FileInputStream("day05/src/a.txt").getChannel();
//创建写入文件的通道
FileChannel fosChannel = new FileOutputStream("day05/src/b.txt").getChannel();
//创建缓冲区
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(2);
while (fisChannel.read(buffer)!=-1){
  System.out.println("position:"+buffer.position()); //0
  System.out.println("limit:"+buffer.limit());//2
  //重置缓冲区(为输出buffer数据做准备)
  buffer.flip();
  fosChannel.write(buffer);
  //重置缓冲区(为输入buffer数据做准备)
  buffer.clear();
}
//关闭通道
fisChannel.close();
fosChannel.close();

SocketChannel通道

下面代码使用SocketChannel通道上传文件到服务器

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建通道
        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 10000));
        //创建缓冲区
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        //读取本地文件数据到缓冲区
        FileChannel fisChannel = new FileInputStream("day05/src/a.txt").getChannel();
        while (fisChannel.read(buffer)!=-1){
            buffer.flip(); //为写入数据做准备
            socketChannel.write(buffer);
            buffer.clear(); //为读取数据做准备
        }
        //关闭本地通道
        fisChannel.close();
        //socketChannel.shutdownOutput();

        //读取服务端回写的数据
        buffer.clear();
        int len = socketChannel.read(buffer);
        System.out.println(new String(buffer.array(), 0, len));

        //关闭socket通道
        socketChannel.close();
    }
}

ServerSocketChannel通道

下面代码使用ServerSocketChannel通道接收文件并保存到服务器

public class Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1.创建ServerSocketChannel通道
        ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
        //2.绑定端口号
        serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(10000));
        //3.设置非阻塞
        serverSocketChannel.configureBlocking(false);
        System.out.println("服务器已开启");
        while (true) {
            //4.获取客户端通道，如果有客户端连接返回客户端通道，否则返回null
            SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
            if(socketChannel!=null){
                socketChannel.configureBlocking(false);
                //创建本地通道，用于往文件中写数据
                UUID uuid = UUID.randomUUID();
                FileChannel fosChannel=new FileOutputStream("day05/src/"+uuid+".txt").getChannel();
                ByteBuffer buffer=ByteBuffer.allocate(1024);
                while (socketChannel.read(buffer)>0){
                    buffer.flip(); //准备把缓冲区数据输出
                    fosChannel.write(buffer);
                    buffer.clear();//准备读取数据到缓冲区
                }
                fosChannel.close();

                //回写数据到客户端
                ByteBuffer resultBuffer=ByteBuffer.wrap("上传文件成功".getBytes());
                socketChannel.write(resultBuffer);

                //关闭客户端通道
                socketChannel.close();
            }
        }
    }
}

NIO Selector选择器

Selector 一般称 为选择器 ，当然你也可以翻译为 多路复用器 。它是Java NIO核心组件中的一个，用于检查一个或多个NIO Channel（通道）的状态是否处于可读、可写。如此可以实现单线程管理多个channels,也就是可以管理多个网络链接。

使用Selector的服务器模板代码

有了模板代码我们在编写程序时，大多数时间都是在模板代码中添加相应的业务代码

ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
ssc.socket().bind(new InetSocketAddress("localhost", 8080));
ssc.configureBlocking(false);

Selector selector = Selector.open();
ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

while(true) {
    int readyNum = selector.select();
    if (readyNum == 0) {
        continue;
    }
    Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
    Iterator<SelectionKey> it = selectedKeys.iterator();
    while(it.hasNext()) {
        SelectionKey key = it.next();
        if(key.isAcceptable()) {
            // 接受连接
        } else if (key.isReadable()) {
            // 通道可读
        } else if (key.isWritable()) {
            // 通道可写
        }
        it.remove();
    }
}

NIO Selector服务端

按照上面的模板代码，改写接收文件的服务端。

public class Server {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
            ssc.socket().bind(new InetSocketAddress("localhost", 10000));
            ssc.configureBlocking(false);

            Selector selector = Selector.open();
            ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

            FileChannel fosChannel=null;
            while (true) {
                int readyNum = selector.select();
                System.out.println(readyNum);
                if (readyNum == 0) {
                    continue;
                }
                Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();
                Iterator<SelectionKey> it = selectedKeys.iterator();
                while (it.hasNext()) {
                    SelectionKey key = it.next();
                    SocketChannel socketChannel1=null;
                    SocketChannel socketChannel2=null;
                    if (key.isAcceptable()) {
                        System.out.println("isAcceptable");
                        // 创建新的连接，并且把连接注册到selector上，而且，
                        // 声明这个channel只对读操作感兴趣。
                        socketChannel1 = ssc.accept();
                        socketChannel1.configureBlocking(false);
                        socketChannel1.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                        UUID uuid = UUID.randomUUID();
                        fosChannel=new FileOutputStream("day05/src/"+uuid+".txt").getChannel();
                    } else if (key.isReadable()) {
                        System.out.println("isReadable");
                        // 通道可读
                        socketChannel2 = (SocketChannel) key.channel();
                        //创建本地通道，用于往文件中写数据
                        ByteBuffer readBuff=ByteBuffer.allocate(1024);
                        while (socketChannel2.read(readBuff)>0){
                            readBuff.flip(); //准备把缓冲区数据输出
                            fosChannel.write(readBuff);
                            readBuff.clear();//准备读取数据到缓冲区
                        }
                        fosChannel.close();
                        key.interestOps(SelectionKey.OP_WRITE);
                    } else if (key.isWritable()) {
                        System.out.println("isWritable");
                        // 通道可写
                        ByteBuffer writeBuff=ByteBuffer.allocate(1024);
                        writeBuff.put("上传成功".getBytes());
                        writeBuff.flip();
                        SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();
                        socketChannel.write(writeBuff);
                        key.interestOps(SelectionKey.OP_READ);
                    }
                    it.remove();
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            //e.printStackTrace();
        } finally {

        }
    }
}
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