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标签: Buffer (5)

【转载】java学习-NIO(五)NIO学习总结以及NIO新特性介绍

我们知道是NIO是在2002年引入到J2SE 1.4里的,很多Java开发者比如我还是不知道怎么充分利用NIO,更少的人知道在Java SE 7里引入了更新的输入/输出 API(NIO.2)。但是对于普通的开发者来说基本的I/O操作就够用了,而NIO则是在处理I/O性能优化方面带来显著性效果。更快的速度则意味着NIO和NIO.2的API暴露了更多低层次的系统操作的入口,这对于开发者而言则意味着更复杂的操作和精巧的程序设计。从前面的几节的讲解来看NIO的操作无不繁琐。要完全掌握还是有点难度的。前面我们讲解了Buffer,Channel,Selector,都是从大的面上去探讨NIO的主要组件。这一节我们则从NIO的特性方面去探讨更细节的一些问题。

1.NIO的新特性

总的来说java 中的IO 和NIO的区别主要有3点:

  1. IO是面向流的,NIO是面向缓冲的;
  2. IO是阻塞的,NIO是非阻塞的;
  3. IO是单线程的,NIO 是通过选择器来模拟多线程的;

NIO在基础的IO流上发展处新的特点,分别是:内存映射技术,字符及编码,非阻塞I/O和文件锁定。下面我们分别就这些技术做一些说明。

2. 内存映射

这个功能主要是为了提高大文件的读写速度而设计的。内存映射文件(memory-mappedfile)能让你创建和修改那些大到无法读入内存的文件。有了内存映射文件,你就可以认为文件已经全部读进了内存,然后把它当成一个非常大的数组来访问了。将文件的一段区域映射到内存中,比传统的文件处理速度要快很多。内存映射文件它虽然最终也是要从磁盘读取数据,但是它并不需要将数据读取到OS内核缓冲区,而是直接将进程的用户私有地址空间中的一部分区域与文件对象建立起映射关系,就好像直接从内存中读、写文件一样,速度当然快了。

【转载】java学习-NIO(四)Selector

这一节我们将探索选择器(selectors)。选择器提供选择执行已经就绪的任务的能力,这使得多元 I/O 成为可能。就像在第一章中描述的那样,就绪选择和多元执行使得单线程能够有效率地同时管理多个 I/O 通道(channels)。C/C++代码的工具箱中,许多年前就已经有 select()和 poll()这两个POSIX(可移植性操作系统接口)系统调用可供使用了。许过操作系统也提供相似的功能,但对Java 程序员来说,就绪选择功能直到 JDK 1.4 才成为可行的方案。

下面我们来使用选择器:

通过 Selector.open()方法, 我们可以创建一个选择器:

Selector selector = Selector.open();

将 Channel 注册到选择器中:

channel.configureBlocking(false);

SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

注意, 如果一个 Channel 要注册到 Selector 中, 那么这个 Channel 必须是非阻塞的, 即channel.configureBlocking(false);因为 Channel 必须要是非阻塞的, 因此 FileChannel 不能够使用选择器, 因为 FileChannel 都是阻塞的.

注意到, 在使用 Channel.register()方法时, 第二个参数指定了我们对 Channel 的什么类型的事件感兴趣, 这些事件有:

  1. Connect, 即连接事件(TCP 连接), 对应于SelectionKey.OP_CONNECT
  2. Accept, 即确认事件, 对应于SelectionKey.OP_ACCEPT
  3. Read, 即读事件, 对应于SelectionKey.OP_READ, 表示 buffer 可读.
  4. Write, 即写事件, 对应于SelectionKey.OP_WRITE, 表示 buffer 可写.

【转载】java学习-NIO(三)Channel

通道(Channel)是java.nio的第二个主要创新。它们既不是一个扩展也不是一项增强,而是全新、极好的Java I/O示例,提供与I/O服务的直接连接。Channel用于在字节缓冲区和位于通道另一侧的实体(通常是一个文件或套接字)之间有效地传输数据。

channel介绍

通道是访问I/O服务的导管。I/O可以分为广义的两大类别:File I/O和Stream I/O。那么相应地有两种类型的通道也就不足为怪了,它们是文件(file)通道和套接字(socket)通道。我们看到在api里有一个FileChannel类和三个socket通道类:SocketChannel、ServerSocketChannel和DatagramChannel。

通道可以以多种方式创建。Socket通道有可以直接创建新socket通道的工厂方法。但是一个FileChannel对象却只能通过在一个打开的RandomAccessFile、FileInputStream或FileOutputStream对象上调用getChannel( )方法来获取。你不能直接创建一个FileChannel对象。

我们先来看一下FileChannel的用法:

   // 创建文件输出字节流
   FileOutputStream fos = new FileOutputStream("data.txt");
   //得到文件通道
   FileChannel fc = fos.getChannel();
   //往通道写入ByteBuffer
   fc.write(ByteBuffer.wrap("Some text ".getBytes()));
   //关闭流
   fos.close();

   //随机访问文件
   RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile("data.txt", "rw");
   //得到文件通道
   fc = raf.getChannel();
   //设置通道的文件位置 为末尾
   fc.position(fc.size()); 
   //往通道写入ByteBuffer
   fc.write(ByteBuffer.wrap("Some more".getBytes()));
   //关闭
   raf.close();

   //创建文件输入流
   FileInputStream fs = new FileInputStream("data.txt");
   //得到文件通道
   fc = fs.getChannel();
   //分配ByteBuffer空间大小
   ByteBuffer buff = ByteBuffer.allocate(BSIZE);
   //从通道中读取ByteBuffer
   fc.read(buff);
   //调用此方法为一系列通道写入或相对获取 操作做好准备
   buff.flip();
   //从ByteBuffer从依次读取字节并打印
   while (buff.hasRemaining()){
       System.out.print((char) buff.get());
   }
   fs.close();

【转载】java学习-NIO(二)Buffer

当我们需要与 NIO Channel 进行交互时, 我们就需要使用到 NIO Buffer, 即数据从 Buffer读取到 Channel 中, 并且从 Channel 中写入到 Buffer 中。缓冲区本质上是一块可以写入数据,然后可以从中读取数据的内存。这块内存被包装成NIO Buffer对象,并提供了一组方法,用来方便的访问该块内存。

缓冲区基础

Buffer 类型有:
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缓冲区是包在一个对象内的基础数据的数组,Buffer类相比一般简单数组而言其优点是将数据的内容和相关信息放在一个对象里面,这个对象提供了处理缓冲区数据的丰富的API。

所有缓冲区都有4个属性:capacity、limit、position、mark,并遵循:capacity>=limit>=position>=mark>=0,下面是对这4个属性的解释:

  • Capacity: 容量,即可以容纳的最大数据量;在缓冲区创建时被设定并且不能改变
  • Limit: 上界,缓冲区中当前数据量
  • Position: 位置,下一个要被读或写的元素的索引
  • Mark: 标记,调用mark()来设置mark=position,再调用reset()可以让position恢复到标记的位置即position=mark

【转载】java学习-NIO(一)简介

I/O简介

在 Java 编程中,直到最近一直使用 流 的方式完成 I/O。所有 I/O 都被视为单个的字节的移动,通过一个称为 Stream 的对象一次移动一个字节。流 I/O 用于与外部世界接触。它也在内部使用,用于将对象转换为字节,然后再转换回对象。

Java NIO即Java Non-blocking IO(Java非阻塞I/O),因为是在Jdk1.4之后增加的一套新的操作I/O工具包,所以一般会被叫做Java New IO。NIO是为提供I/O吞吐量而专门设计,其卓越的性能甚至可以与C媲美。NIO是通过Reactor模式的事件驱动机制来达到Non blocking的,那么什么是Reactor模式呢?Reactor翻译成中文是“反应器”,就是我们将事件注册到Reactor中,当有相应的事件发生时,Reactor便会告知我们有哪些事件发生了,我们再根据具体的事件去做相应的处理。

NIO 与原来的 I/O 有同样的作用和目的,但是它使用不同的方式–块I/O。块 I/O 的效率可以比流 I/O 高许多。NIO 的创建目的是为了让 Java 程序员可以实现高速 I/O 而无需编写自定义的本机代码。NIO 将最耗时的 I/O 操作(即填充和提取缓冲区)转移回操作系统,因而可以极大地提高速度。

面向流 的 I/O 系统一次一个字节地处理数据。一个输入流产生一个字节的数据,一个输出流消费一个字节的数据。为流式数据创建过滤器非常容易。链接几个过滤器,以便每个过滤器只负责单个复杂处理机制的一部分,这样也是相对简单的。不利的一面是,面向流的 I/O 通常相当慢。

一个 面向块 的 I/O 系统以块的形式处理数据。每一个操作都在一步中产生或者消费一个数据块。按块处理数据比按(流式的)字节处理数据要快得多。但是面向块的 I/O 缺少一些面向流的 I/O 所具有的优雅性和简单性。

NIO介绍

NIO有三个核心模块:Selector(选择器)、Channel(通道)、Buffer(缓冲区),另外java.nio.charsets包下新增的字符集类也是nio一个重要的模块,但个人觉得不算是NIO的核心,只是一个供NIO核心类使用的工具类。