Java NIO简介

疯狂的艺术家 发布于 2011/03/11 09:43
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引子

 

自从

JDK 1.4以后,我们迎来了java.nio这个包。那这个包有什么奥妙和作用呢?

下面我们就来简单介绍一下。

 

 

I/O 简介


I/O或者输入/输出指的是计算机与外部世界或者一个程序与计算机的其余部分的之间的接口。它对于任何计算机系统都非常关键,因而所有 I/O 的主体实际上是内置在操作系统中的。单独的程序一般是让系统为它们完成大部分的工作。

 Java 编程中,直到最近一直使用  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。

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。正如您将在本教程中学到的,块 I/O 的效率可以比流I/O 

高许多。

 

为什么要使用 NIO?


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。

 

流与块的比较

 

原来的 I/O ( java.io.* NIO 最重要的区别是数据打包和传输的方式。正如前面提到的,原来的 I/O 以流的方式处理数据,而 NIO 以块的方式处理数据。

面向流  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  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。

 

集成的 I/O

 

 JDK 1.4 中原来的 I/O 包和 NIO 已经很好地集成了。 java.io.* 已经以 NIO 为基础重新实现了,所以现在它可以利用 NIO的一些特性。例如, java.io.* 包中的一些类包含以块的形式读写数据的方法,这使得即使在更面向流的系统中,处理速度也会更快。

也可以用 NIO 库实现标准 I/O 功能。例如,可以容易地使用块 I/O 一次一个字节地移动数据。但是正如您会看到的,NIO 还提供了原 I/O 

包中所没有的许多好处。

 

概述

 

通道  缓冲区  NIO 中的核心对象,几乎在每一个 I/O 操作中都要使用它们。

通道是对原 I/O 包中的流的模拟。到任何目的地(或来自任何地方)的所有数据都必须通过一个 Channel 对象。一个 Buffer 实质上是一个容器对象。发送给一个通道的所有对象都必须首先放到缓冲区中;同样地,从通道中读取的任何数据都要读到缓冲区中。

接下来,您会了解到 NIO 

中通道和缓冲区是如何工作的。

 

什么是缓冲区?

 

Buffer 是一个对象, 它包含一些要写入或者刚读出的数据。  NIO 中加入 Buffer 对象,体现了新库与原 I/O 的一个重要区别。在面向流的 I/O 中,您将数据直接写入或者将数据直接读到 Stream 对象中。

 NIO 库中,所有数据都是用缓冲区处理的。在读取数据时,它是直接读到缓冲区中的。在写入数据时,它是写入到缓冲区中的。任何时候访问 NIO 中的数据,您都是将它放到缓冲区中。

缓冲区实质上是一个数组。通常它是一个字节数组,但是也可以使用其他种类的数组。但是一个缓冲区不 仅仅 是一个数组。缓冲区提供了对数据的结构化访问,而且还可以跟踪系统的读/

写进程。

 

缓冲区类型

 

最常用的缓冲区类型是 ByteBuffer。一个 ByteBuffer 可以在其底层字节数组上进行 get/set 操作(即字节的获取和设置)

ByteBuffer 不是 NIO 中唯一的缓冲区类型。事实上,对于每一种基本 Java 类型都有一种缓冲区类型:

ByteBuffer

CharBuffer

ShortBuffer

IntBuffer

LongBuffer

FloatBuffer

DoubleBuffer

每一个 Buffer 类都是 Buffer 接口的一个实例。 除了 ByteBuffer,每一个 Buffer 类都有完全一样的操作,只是它们所处理的数据类型不一样。因为大多数标准 I/O 操作都使用 ByteBuffer,所以它具有所有共享的缓冲区操作以及一些特有的操作。

现在您可以花一点时间运行 UseFloatBuffer.java,它包含了类型化的缓冲区的一个应用例子。

 

 

 

什么是通道?

 

Channel是一个对象,可以通过它读取和写入数据。拿 NIO 与原来的 I/O 做个比较,通道就像是流。

正如前面提到的,所有数据都通过 Buffer 

对象来处理。您永远不会将字节直接写入通道中,相反,您是将数据写入包含一个或者多个字节的缓冲区。同样,您不会直接从通道中读取字节,而是将数据从通道读入缓冲区,再从缓冲区获取这个字节。

 

通道类型 

 

 

通道与流的不同之处在于通道是双向的。而流只是在一个方向上移动(一个流必须是 InputStream 或者 OutputStream 的子类)  通道 可以用于读、写或者同时用于读写。

因为它们是双向的,所以通道可以比流更好地反映底层操作系统的真实情况。特别是在 UNIX 

模型中,底层操作系统通道是双向的。

 

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