Java NIO杂1

2015/10/25

Channel和Buffer

基本上,所有的IO在NIO中都从一个Channel开始。

数据可以从Channel读到Buffer中,也可以从Buffer写到Channel中。

Selector

Selector允许单线程处理多个Channel。如果你的应用打开了多个连接(通道),但每个连接的流量都很低,使用Selector就会很方便。

img/javaio1.png

要使用Selector,得向Selector注册Channel,然后调用它的select()方法。这个方法会一直阻塞到某个注册的通道有事件就绪。一旦这个方法返回,线程就可以处理这些事件,

Channel

Java NIO的通道类似流,但又有些不同:

  • 既可以从通道中读取数据,又可以写数据到通道。但流的读写通常是单向的。
  • 通道可以异步地读写。
  • 通道中的数据总是要先读到一个Buffer,或者总是要从一个Buffer中写入。

Channel的实现

这些是Java NIO中最重要的通道的实现:

  • FileChannel
  • DatagramChannel
  • SocketChannel
  • ServerSocketChannel

FileChannel 从文件中读写数据。

DatagramChannel 能通过UDP读写网络中的数据。

SocketChannel 能通过TCP读写网络中的数据。

ServerSocketChannel可以监听新进来的TCP连接,像Web服务器那样。对每一个新进来的连接都会创建一个SocketChannel。

基本的Channel示例

RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("data/nio-data.txt", "rw");
FileChannel inChannel = aFile.getChannel();

//create buffer with capacity of 48 bytes
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

int bytesRead = inChannel.read(buf); //read into buffer.
while (bytesRead != -1) 
{
  buf.flip();  //make buffer ready for read

  while(buf.hasRemaining())
  {
      System.out.print((char) buf.get()); // read 1 byte at a time
  }

  buf.clear(); //make buffer ready for writing
  bytesRead = inChannel.read(buf);
}
aFile.close();

注意buf.flip()的调用,首先读取数据到Buffer,然后反转Buffer,接着再从Buffer中读取数据

Buffer

Java NIO中的Buffer用于和NIO通道进行交互。数据是从通道读入缓冲区,从缓冲区写入到通道中。

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。

Buffer的基本用法

使用Buffer读写数据一般遵循以下四个步骤:

  1. 写入数据到buffer
  2. 调用flip()方法
  3. 从buffer中读取数据
  4. 调用clear()方法或者compact()方法

当向buffer写入数据时,buffer会记录下写了多少数据。一旦要读取数据,需要通过flip()方法将buffer从写模式切换到读模式在读模式下,可以读取之前写入到buffer的所有数据

一旦读完了所有的数据,就需要清空缓冲区,让它们可以再次被写入。有两种方式能清空缓冲区:调用clear()或者compact()方法。clear()方法会清空整个缓冲区compact()方法只会清除已经读过的数据。任何未读的数据都被移到缓冲区的起始处,新写入的数据将放到缓冲区未读数据的后面。

Buffer的capacity, position和limit

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。

position和limit的含义取决于Buffer处在读模式还是写模式。不管Buffer处在什么模式,capacity的含义总是一样的。

img/javaio2.png

capacity

作为一个内存块,Buffer有一个固定的大小值。一旦Buffer满了,需要将其清空(通过读数据或者清楚数据)才能继续写数据往里写数据。

position

当你写数据到Buffer中时,position表示当前的位置。初始的position值为0,当一个byte, long等数据写到Buffer后,position会向前移动到下一个可插入数据的Buffer单元。position最大可为capacity-1

当读取数据时,也是从某个特定位置读。当将Buffer从写模式切换到读模式,position会被重置为0.当从Buffer的position处读取数据时,position向前移动到下一个可读的位置。

limit

在写模式下,Buffer的limit表示你最多能往Buffer里写多少数据。在写模式下,limit等于Buffer的capacity。

当切换Buffer到读模式的,limit表示你最多能读到多少数据。因此,当切换Buffer到读模式时,limit会被设置成写模式下的position值。

Buffer的分配

要想获得一个Buffer对象首先要进行分配。每一个Buffer类都有一个allocate方法

向Buffer中写数据

写数据到Buffer有两种方式:

  • 从Channel写到Buffer
  • 通过Buffer的put()方法写到Buffer里

从Channel写到Buffer的例子

int bytesRead = inChannel.read(buf); // read into buffer

通过put方法写Buffer的例子:

buf.put(127);
flip()方法

flip方法将Buffer从写模式切换到读模式。调用flip()方法会将position设回0,并将limit设置成之前position的值。

从Buffer中读取数据

从Buffer中读取数据有两种方式:

  • 从Buffer读取数据到Channel
  • 使用get()方法从Buffer中读取数据

从Buffer读取数据到Channel的例子

int bytesWritten = inChannel.write(buf);

使用get()方法从Buffer中读取数据的例子

byte aByte = buf.get();
rewind()方法

Buffer.rewind()将position设为0,所以你可以重读Buffer中的所有数据。limit保持不变,任何表示能从Buffer读取多少元素。

clear()与compact()方法

一旦读完Buffer中的数据,需要让Buffer准备好再次被写入。可以通过clear()或者compact()方法来完成。

如果调用的是clear()方法,position将被设回0,limit被设置为capacity的值。换句话说,Buffer被清空了。Buffer中的数据并未清除,只是这些标记告诉我们可以从哪里开始往Buffer里写数据。

如果Buffer中有一些未读的数据,调用clear()方法,数据将‘被遗忘’,意味着不再有任何标记会告诉你哪些数据被读过,哪些还没有。

如果Buffer中仍有未读的数据,且后续还需要这些数据,但是此时想要先写些数据,那么使用compact()方法

compact()方法将所有未读的数据拷贝到Buffer起始处。然后将position设到最后一个未读元素正后面。limit属性依然像clear()方法一样,设置成capacity。现在Buffer准备好写数据了,但是不会覆盖未读的数据。

mark()和reset()方法

通过调用Buffer.mark()方法,可以标记Buffer中的一个特定position。之后可以通过调用Buffer.reset()方法恢复到这个position。

buffer.mark();
// call buffer.get() a couple of times, e.g. during parsing
buffer.reset();
equals()与compareTo()方法

equals()方法

当满足下列条件时,表示两个Buffer相等:

  • 有相同的类型
  • Buffer中剩余的byte、char等的个数相等
  • Buffer中所有剩余的byte、char等都相同

equals只比较Buffer中的剩余元素

compareTo()方法

compareTo()方法比较两个Buffer的剩余元素。如果满足下列条件,则认为一个Buffer小于另一个Buffer:

  • 第一个不相等的元素小于另一个Buffer中对应的元素
  • 所有元素都相等,但第一个Buffer比另一个先耗尽(第一个Buffer的元素比另一个少)

Reference

http://ifeve.com/overview/

http://ifeve.com/channels/

http://ifeve.com/buffers/