NIO基礎操作有哪些

這篇文章主要介紹“NIO基礎操作有哪些”，在日常操作中，相信很多人在NIO基礎操作有哪些問題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡單好用的操作方法，希望對大家解答”NIO基礎操作有哪些”的疑惑有所幫助！接下來，請跟著小編一起來學習吧！

NIO

同步非阻塞

阻塞與非阻塞的區別：

• 阻塞時，在調用結果返回時，當前線程會被掛起，并在得到結果之后返回

• 非阻塞時，如不能立即得到結果，該調用不會阻塞當前線程，調用者需要定時輪詢查看處理狀態

Channel(通道)和Buffer(緩沖區)

與普通IO的不同和關系

• NIO以塊的方式處理數據，但是IO是以最基礎的字節流的形式去寫入和讀出的

• NIO不再是和IO一樣用OutputStream和InputStream輸入流的形式來進行處理數據的，但是又是基于這種流的方式，采用了通道和緩沖區的形式進行處理

• NIO的通道是可以雙向的，IO的流只能是單向的

• NIO的緩沖區(字節數組)還可以進行分片，可以建立只讀緩沖區、直接緩沖區和間接緩沖區，只讀緩沖區就是只可以讀，直接緩沖區是為了加快I/O速度，以一種特殊的方式分配其內存的緩沖區

• NIO采用的是多路復用的IO模型，BIO用的是阻塞的IO模型

通道的概念

通道是對原I/O包中的流的模擬。到任何目的地的所有數據都必須通過一個Channel對象(通道)。一個Buffer實質上就是一個容器對象。發送給一個通道的所有對象都必須首先放到緩沖區中；從通道中讀取的任何數據都要讀到緩沖區中

緩沖區的概念

• Buffer是一個對象，它包含一些要寫入或者剛讀出的數據。在NIO中加入Buffer對象，在流式IO中，將數據直接寫入或者讀到Stream對象中

• 在NIO庫中，所有數據都是用緩沖區處理的。在讀取數據時，它是直接讀到緩沖區中的。在寫入數據時，它是寫入到緩沖區的。任何時候訪問NIO中的數據，都需要將它放到緩沖區中

• 緩沖區實質上是一個數組。通常它是一個字節數組，但是也可以使用其他種類的數組。但是一個緩沖區不僅僅是一個數組，緩沖區提供了對數據的結構化訪問，而且還可以跟蹤系統的讀/寫進程

ByteBuffer
CharBuffer
ShortBuffer
IntBuffer
LongBuffer
FloatBuffer
DoubleBuffer

選擇器

Selector是多路復用器，用于同時檢測多個通道的事件以實現異步I/O。

通過一個選擇器來同時對多個套接字通道進行監聽，當套接字通道有可用的事件的時候，通道改為可用狀態，選擇器就可以實現可用的狀態。

工作原理

客戶端-----》Channel-----》Selector------》keys--狀態改變---》server

Buffer 緩沖區 Channel 通道 Selector 選擇器

Server端創建ServerSocketChannel 有一個Selector多路復用器 輪詢所有注冊的通道，根據通道狀態，執行相關操作

• Connect 連接狀態

• Accept 阻塞狀態

• Read 可讀狀態

• Write 可寫狀態

Client端創建SocketChannel 注冊到Server端的Selector

buffer

• capacity 緩沖區數組的總長度

• position 下一個要操作的數據元素的位置

• limit 緩沖區數組中不可操作的下一個元素的位置，limit<=capacity

• mark 用于記錄當前position的前一個位置或者默認是0

• clear/flip/rewind等都是操作limit和position的值來實現重復讀寫的

ByteBuffer

有且僅有ByteBuffer(字節緩沖區)可以直接與通道交互。

public static void main(String[] args) {
        //生成FileChannel文件通道  FileChannel的操作--> 操作ByteBuffer用于讀寫，并獨占式訪問和鎖定文件區域


        // 寫入文件
        try(FileChannel fileChannel = new FileOutputStream(FILE).getChannel()){
            fileChannel.write(ByteBuffer.wrap("test".getBytes()));
        } catch (IOException e){
            throw new RuntimeException("寫入文件失敗",e);
        }
        // 在文件結尾寫入
        try(FileChannel fileChannel = new RandomAccessFile(FILE,"rw").getChannel()){
            fileChannel.position(fileChannel.size());//移至文件結尾
            fileChannel.write(ByteBuffer.wrap("some".getBytes()));
        } catch (IOException e){
            throw new RuntimeException("寫入文件結尾失敗",e);
        }

        try(FileChannel fileChannel = new FileInputStream(FILE).getChannel();
            FileChannel out = new FileOutputStream("C:\\Users\\sinosoft\\Desktop\\copy.txt").getChannel()
        ){
            // 讀取操作，需要調用allocate顯示分配ByteBuffer
            ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
            // read之后將數據放入緩沖區
            while (fileChannel.read(byteBuffer) != -1){
                byteBuffer.flip(); // 準備寫入
                out.write(byteBuffer);
                byteBuffer.clear(); // 清空緩存區
            }
        } catch (IOException e){
            throw new RuntimeException("讀取文件失敗",e);
        }
    }

方法說明

rewind()方法是將position設置為緩沖區的開始位置

get()和put()都會修改position

get(int)和put(int)都不會修改position

mark()設置mark為當前position

flip()將寫模式切換為讀模式

public final Buffer flip() {
        limit = position;
        position = 0;
        mark = -1;
        return this;
    }

內存映射文件

內存映射文件可以創建和修改那些因為太大而無法放入內存的文件。

RandomAccessFile tdat = new RandomAccessFile("test.dat", "rw");
MappedByteBuffer out = tdat.getChannel().map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, length);

或者
FileChannel fc = new FileInputStream(new File("temp.tmp")).getChannel();
IntBuffer ib = fc.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY,0, fc.size()).asIntBuffer();

映射文件訪問比標準IO性能高很多

文件鎖定

文件鎖定可同步訪問，文件鎖對其他操作系統進程可見，因為java文件鎖直接映射到本機操作系統鎖定工具。

public class FileLockTest {
    private static final String FILE = "C:\\Users\\sinosoft\\Desktop\\剩余工作副本.txt";
    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
        FileChannel fileChannel = new FileOutputStream(FILE).getChannel();

        // 文件鎖
        FileLock fileLock = fileChannel.tryLock();
        Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                FileChannel fileChannel = null;
                try {
                    fileChannel = new FileOutputStream(FILE).getChannel();
                } catch (FileNotFoundException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                byteBuffer.put("aqws".getBytes());
                try {
                    System.out.println("線程準備寫");
                    fileChannel.write(byteBuffer);
                    System.out.println("線程寫完");
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
        thread.start();
        if(fileLock != null){
            ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
            byteBuffer.put("aqwqdqdhwfwihfejfhi".getBytes());
            System.out.println("主線程睡眠");
            Thread.sleep(10000);
            // 會報錯 java.nio.channels.NonWritableChannelException
//            fileChannel.read(byteBuffer);
            System.out.println("主線程準備寫");
            fileChannel.write(byteBuffer);
            fileLock.release();
        }
    }
}



主線程睡眠
線程準備寫
java.io.IOException: 另一個程序已鎖定文件的一部分，進程無法訪問。
	at sun.nio.ch.FileDispatcherImpl.write0(Native Method)
	at sun.nio.ch.FileDispatcherImpl.write(FileDispatcherImpl.java:75)
	at sun.nio.ch.IOUtil.writeFromNativeBuffer(IOUtil.java:93)
	at sun.nio.ch.IOUtil.write(IOUtil.java:65)
	at sun.nio.ch.FileChannelImpl.write(FileChannelImpl.java:211)
	at com.zhanghe.study.io.nio.FileLockTest$1.run(FileLockTest.java:35)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)
主線程準備寫

通過調用FileChannel上的tryLock或lock，可以獲得整個文件的FileLock(SocketChannel、DatagramChannel和ServerSocketChannel不需要鎖定，因為本質上就是單線程實體)

tryLock()是非阻塞的，試圖獲取鎖，若不能獲取，只是從方法調用返回

lock()會阻塞，直到獲得鎖，或者調用lock()的線程中斷，或者調用lock()方法的通道關閉。

使用FileLock.release()釋放鎖

// 鎖定文件的一部分，鎖住size-position區域。第三個參數指定是否共享此鎖
tryLock(long position, long size, boolean shared)

到此，關于“NIO基礎操作有哪些”的學習就結束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實踐的搭配能更好的幫助大家學習，快去試試吧！若想繼續學習更多相關知識，請繼續關注億速云網站，小編會繼續努力為大家帶來更多實用的文章！