摘要：也支持鎖定部分內(nèi)容，使用即可，其中為時(shí)，表明該鎖是一個(gè)共享鎖，可以允許多個(gè)縣城讀取文件，但阻止其他進(jìn)程獲得該文件的排他鎖。當(dāng)為時(shí)，表明是一個(gè)排他鎖，它將鎖住對(duì)該文件的讀寫(xiě)。默認(rèn)獲取的是排他鎖。

BufferedReader有一個(gè)特征，就是讀取輸入流中的數(shù)據(jù)時(shí)，如果沒(méi)有讀到有效數(shù)據(jù)，程序?qū)⒃诖颂幾枞摼€程的執(zhí)行（使用InputStream的read方法從流中讀取數(shù)據(jù)時(shí)，也有這樣的特性），java.io下面的輸入輸出流都是阻塞式的。不僅如此，傳統(tǒng)的輸入輸出流都是通過(guò)字節(jié)的移動(dòng)來(lái)處理的，及時(shí)我們不直接去處理字節(jié)流，單底層的實(shí)現(xiàn)還是依賴于字節(jié)處理，也就是說(shuō)，面向流的輸入輸出系統(tǒng)一次只能處理一個(gè)字節(jié)，因此面向流的輸入輸出系統(tǒng)通常效率都不高。

為了解決上面的問(wèn)題，NIO就出現(xiàn)了。NIO采用內(nèi)存映射文件來(lái)處理輸入輸出，NIO將文件或文件的一段區(qū)域映射到內(nèi)存中，這樣就可以像訪問(wèn)內(nèi)存一樣來(lái)訪問(wèn)文件了。（這種方式模擬了操作系統(tǒng)上虛擬內(nèi)存的概念），通過(guò)這種方式進(jìn)行輸入輸出要快得多。

Channel（通道）和Buffer（緩沖）是NIO中兩個(gè)核心對(duì)象。Channel是對(duì)傳統(tǒng)的輸入輸出系統(tǒng)的模擬，在NIO系統(tǒng)中所有的數(shù)據(jù)都需要通過(guò)通道傳輸，Channel與傳統(tǒng)的InputStream、OutputStream最大的區(qū)別就是提供了一個(gè)map()方法，通過(guò)它可以直接將“一塊數(shù)據(jù)”映射到內(nèi)存中。如果說(shuō)傳統(tǒng)IO是面向流的處理，那么NIO是面向塊的處理。

Buffer可以被理解為一個(gè)容器，它的本質(zhì)是一個(gè)數(shù)組，發(fā)送到Channel中所有的對(duì)象都必須首先放到Buffer中，從而Channel中讀取的數(shù)據(jù)也必須先放到Buffer中。Buffer既可以一次次從Channel取數(shù)據(jù)，也可以使用Channel直接將文件的某塊數(shù)據(jù)映射成Buffer。

除了Channel和Buffer之外，NIO還提供了用于將Unicode字符串映射成字節(jié)序列以及逆映射操作的Charset類，也提供了用于支持非阻塞式輸入輸出的Selector類。

在Buffer中有三個(gè)重要的概念：

容量（capacity）：表示Buffer的大小，創(chuàng)建后不能呢過(guò)改變；

界限（limit）：第一個(gè)不能被讀寫(xiě)的緩沖區(qū)的位置，也就是后面的數(shù)據(jù)不能被讀寫(xiě)；

位置（position）：用于指明下一個(gè)可以被讀寫(xiě)的緩沖區(qū)位置索引。當(dāng)從Channel讀取數(shù)據(jù)的時(shí)候，position的值就等于讀到了多少數(shù)據(jù)。

Buffer的主要作用就是裝入數(shù)據(jù)，然后輸出數(shù)據(jù)。當(dāng)裝入數(shù)據(jù)結(jié)束時(shí)，調(diào)用flip()方法，該方法將limit設(shè)為position所在位置，將position的值設(shè)為0，為輸出數(shù)據(jù)做好準(zhǔn)備。當(dāng)輸出數(shù)據(jù)結(jié)束后，調(diào)用clear()方法，將position的值設(shè)為0，limit設(shè)為capacity，為下一次的裝入數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備。

常用的Buffer是CharBuffer和ByteBuffer。

使用put()和get()方法進(jìn)行數(shù)據(jù)的放入和讀取，分為相對(duì)和絕對(duì)兩種：

相對(duì)：從Buffer當(dāng)前position位置開(kāi)始讀取或者寫(xiě)入數(shù)據(jù)，然后將position的值按處理元素的個(gè)數(shù)增加；

絕對(duì)：直接根據(jù)索引向Buffer中讀取和寫(xiě)入數(shù)據(jù)，使用絕對(duì)方式訪問(wèn)Buffer里的數(shù)據(jù)時(shí)，不會(huì)影響position的值。

代碼示例

package com.wangjun.othersOfJava;

import java.nio.CharBuffer;

public class NIOBufferTest {

    public static void main(String[] args) {
        //創(chuàng)建CharBuffer
        CharBuffer cb = CharBuffer.allocate(8);
        System.out.println("capacity:" + cb.capacity());
        System.out.println("limit:" + cb.limit());
        System.out.println("position:" + cb.position());
        //放入元素
        cb.put("a");
        cb.put("b");
        cb.put("c");
        System.out.println("加入三個(gè)元素后，position:" + cb.position());
        cb.flip();
        System.out.println("執(zhí)行flip()后，limit:" + cb.limit());
        System.out.println("執(zhí)行flip()后，position:" + cb.position());
        System.out.println("取出第一個(gè)元素： " + cb.get());
        System.out.println("取出第一個(gè)元素后，position：" + cb.position());
        //調(diào)用clear方法
        cb.clear();
        System.out.println("執(zhí)行clear()后，limit:" + cb.limit());
        System.out.println("執(zhí)行clear()后，position:" + cb.position());
        System.out.println("執(zhí)行clear()后，數(shù)據(jù)沒(méi)有清空，第三個(gè)值是:" + cb.get(2));
        System.out.println("執(zhí)行絕對(duì)讀取后，position：" + cb.position());
    }

}

通過(guò)allocate方法創(chuàng)建的是普通Buffer，還可以通過(guò)allocateDirect方法來(lái)創(chuàng)建直接Buffer，雖然創(chuàng)建成本比較高，但是讀寫(xiě)快。因此適用于長(zhǎng)期生存的Buffer，使用方法和普通Buffer類似。注意，只有ByteBuffer提供了此方法，其他類型的想用，可以將該Buffer轉(zhuǎn)成其他類型的Buffer。

Channel類似傳統(tǒng)的流對(duì)象，主要區(qū)別如下：

Channel可以直接將指定文件的部分或全部直接映射成Buffer。

程序不能直接訪問(wèn)Channel中的數(shù)據(jù)，只能通過(guò)Buffer交互。

所有的Channel都不應(yīng)該通過(guò)構(gòu)造器來(lái)創(chuàng)建，而是通過(guò)傳統(tǒng)的InputStream、OutputStream的getChannel()方法來(lái)返回對(duì)應(yīng)的Channel，不同的節(jié)點(diǎn)流獲取的Channel不一樣，比如FileInputStream返回的是FileChannel。

Channel常用的方法有三類：map()、read()、write()。map方法將Channel對(duì)應(yīng)的部分或全部數(shù)據(jù)映射成ByteBuffer；read和write方法都有一系列的重載形式，這些方法用于從Buffer中讀取/寫(xiě)入數(shù)據(jù)。

代碼示例

package com.wangjun.othersOfJava;

import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.nio.CharBuffer;
import java.nio.MappedByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.charset.Charset;
import java.nio.charset.CharsetDecoder;

/*
 * 將FileChannel的全部數(shù)據(jù)映射成ByteBuffer
 */
public class NIOChannelTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        File f = new File("NIOChannelTest.md");
        //java7新特性try括號(hào)內(nèi)的資源會(huì)在try語(yǔ)句結(jié)束后自動(dòng)釋放，前提是這些可關(guān)閉的資源必須實(shí)現(xiàn) java.lang.AutoCloseable 接口。
        try(
            FileChannel inChannel = new FileInputStream(f).getChannel();
            FileChannel outChannel = new FileOutputStream("a.md").getChannel();
                ){
            //將FileChannel的全部數(shù)據(jù)映射成ByteBuffer
            //map方法的三個(gè)參數(shù)：1映射模式；2,3控制將哪些數(shù)據(jù)映射成ByteBuffer
            MappedByteBuffer buffer = inChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, f.length());
            //直接將buffer的數(shù)據(jù)全部輸出，完成文件的復(fù)制： NIOChannelTest.md -> a.md
            outChannel.write(buffer);
            
            //以下為了輸出文件字符串內(nèi)容
            //使用GBK字符集來(lái)創(chuàng)建解碼器
            Charset charset = Charset.forName("GBK");
            //復(fù)原limit和position的位置
            buffer.clear();
            //創(chuàng)建解碼器
            CharsetDecoder decoder = charset.newDecoder();
            //使用解碼器將ByteBuffer轉(zhuǎn)成CharBuffer
            CharBuffer charBuffer = decoder.decode(buffer);
            System.out.println(charBuffer);
        }
    }

}

除了上面的一次性取數(shù)據(jù)，也可以分多次取數(shù)據(jù)

//如果Channel對(duì)應(yīng)的文件過(guò)大，使用map方法一次性將所有文件內(nèi)容映射到內(nèi)存中可能會(huì)因此性能下降
//這時(shí)候我們可以適應(yīng)Channel和Buffer進(jìn)行多次重復(fù)取值
public static void getDataByArray() throws Exception {
  try(
    //創(chuàng)建文件輸入流
    FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("NIOChannelTest.md");
    FileChannel fileChannel = fileInputStream.getChannel();
  ){
    //定義一個(gè)ByteBuffer對(duì)象，用于重復(fù)取水
    ByteBuffer bbuff = ByteBuffer.allocate(64);
    while(fileChannel.read(bbuff) != -1) {
      bbuff.flip();
      Charset charset = Charset.forName("GBK");
      //創(chuàng)建解碼器
      CharsetDecoder decoder = charset.newDecoder();
      //使用解碼器將ByteBuffer轉(zhuǎn)成CharBuffer
      CharBuffer charBuffer = decoder.decode(bbuff);
      System.out.println(charBuffer);
      //為下一次讀取數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備
      bbuff.clear();
    }
  }
}

在NIO中，Java提供了文件鎖的支持，使用FileLock來(lái)支持文件鎖定功能，在FileChannel中提供lock()/tryLock()方法來(lái)獲取文件鎖FileLock對(duì)象，從而鎖定文件。lock和tryLock的區(qū)別是前者無(wú)法得到文件鎖的時(shí)候會(huì)阻塞，后者不會(huì)阻塞。也支持鎖定部分內(nèi)容，使用lock(long position, long size, boolean shared)即可，其中shared為true時(shí)，表明該鎖是一個(gè)共享鎖，可以允許多個(gè)縣城讀取文件，但阻止其他進(jìn)程獲得該文件的排他鎖。當(dāng)shared為false時(shí)，表明是一個(gè)排他鎖，它將鎖住對(duì)該文件的讀寫(xiě)。

默認(rèn)獲取的是排他鎖。

代碼示例

package com.wangjun.othersOfJava;

import java.io.FileOutputStream;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.channels.FileLock;

public class FileLockTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        try(
            FileOutputStream fos = new FileOutputStream("a.md");
            FileChannel fc = fos.getChannel();
                ){
            //使用非阻塞方式對(duì)指定文件加鎖
            FileLock lock = fc.tryLock();
            Thread.sleep(3000);
            lock.release();//釋放鎖
        }
    }
}

Java7對(duì)原來(lái)的NIO進(jìn)行了重大改進(jìn)：

提供了全面的文件IO和文件系統(tǒng)訪問(wèn)支持；

基于異步Channel的IO。

這里先簡(jiǎn)單介紹一下對(duì)文件系統(tǒng)的支持，后續(xù)繼續(xù)學(xué)習(xí)。

NIO2提供了一下接口和工具類：

Path接口：通過(guò)和Paths工具類結(jié)合使用產(chǎn)生Path對(duì)象，可以獲取文件根路徑、絕對(duì)路徑、路徑數(shù)量等；

Files工具類：提供了很多靜態(tài)方法，比如復(fù)制文件、一次性讀取文件所有行、判斷是否為隱藏文件、判斷文件大小、遍歷文件和子目錄、訪問(wèn)文件屬性等；

FileVisitor接口：代表一個(gè)文件訪問(wèn)器，F(xiàn)iles工具類使用walkFileTree方法遍歷文件和子目錄時(shí)，都會(huì)觸發(fā)FileVisitor中相應(yīng)的方法，比如訪問(wèn)目錄之前、之后，訪問(wèn)文件時(shí)，訪問(wèn)文件失敗時(shí)；

WatchService：監(jiān)控文件的變化；

Java的NIO提供了與標(biāo)準(zhǔn)IO不同的工作方式：

Channels and Buffers（通道和緩沖區(qū)）：標(biāo)準(zhǔn)的IO基于字節(jié)流和字符流進(jìn)行操作的，沒(méi)有被緩存在任何地方，而NIO是基于通道（Channel）和緩沖區(qū)（Buffer）進(jìn)行操作，數(shù)據(jù)總是從通道讀取到緩沖區(qū)中，或者從緩沖區(qū)寫(xiě)入到通道中，因此可以前后移動(dòng)流中的數(shù)據(jù)；

Asynchronous IO（異步IO）：Java NIO可以讓你異步的使用IO，例如：當(dāng)線程從通道讀取數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)時(shí)，線程還是可以進(jìn)行其他事情。當(dāng)數(shù)據(jù)被寫(xiě)入到緩沖區(qū)時(shí)，線程可以繼續(xù)處理它。從緩沖區(qū)寫(xiě)入通道也類似。因?yàn)镹IO將阻塞交給了后臺(tái)線程執(zhí)行。而IO是阻塞的；

Selectors（選擇器）：選擇器允許一個(gè)多帶帶的線程可以監(jiān)聽(tīng)多個(gè)數(shù)據(jù)通道（（網(wǎng)絡(luò)連接或文件），你可以注冊(cè)多個(gè)通道使用一個(gè)選擇器，然后使用一個(gè)多帶帶的線程來(lái)“選擇”通道：這些通道里已經(jīng)有可以處理的輸入，或者選擇已準(zhǔn)備寫(xiě)入的通道。這種選擇機(jī)制，使得一個(gè)多帶帶的線程很容易來(lái)管理多個(gè)通道。但付出的代價(jià)是解析數(shù)據(jù)可能會(huì)比從一個(gè)阻塞流中讀取數(shù)據(jù)更復(fù)雜。?

NIO

優(yōu)勢(shì)在于一個(gè)線程管理多個(gè)通道；但是數(shù)據(jù)的處理將會(huì)變得復(fù)雜；

如果需要管理同時(shí)打開(kāi)的成千上萬(wàn)個(gè)連接，這些連接每次只是發(fā)送少量的數(shù)據(jù)，采用這種；

傳統(tǒng)的IO

適用于一個(gè)線程管理一個(gè)通道的情況；因?yàn)槠渲械牧鲾?shù)據(jù)的讀取是阻塞的；

如果需要管理同時(shí)打開(kāi)不太多的連接，這些連接會(huì)發(fā)送大量的數(shù)據(jù)；