Java NIO 新篇介绍加示例代码

Java NIO（New IO）是 JDK 1.4 引入的一组新的 I/O API，用于支持非阻塞式 I/O 操作。相比传统的 Java IO API，NIO 提供了更快、更灵活的 I/O 操作方式，可以用于构建高性能网络应用程序。

Java NIO 的主要组成部分包括：

Channel：通道是一个在应用程序和文件、网络套接字之间的连接。可以通过通道来进行数据的读取和写入。 Buffer：缓冲区是一个容器，用于存储数据。在 NIO 中，所有的数据读取和写入都是通过缓冲区进行的。 Selector：选择器用于监听多个 NIO 通道的事件，如读写事件。当某个通道发生事件时，选择器会通知该事件并对其进行处理。相比传统的 Java IO，Java NIO 的优点包括：

非阻塞模式：NIO 可以使用非阻塞模式进行网络编程，使程序不必等待网络操作完成才能进行其他操作，提高了程序的响应速度。多路复用：一个线程可以同时处理多个 NIO 通道，减少了线程的开销和资源占用。缓冲区操作：NIO 使用缓冲区进行数据读取和写入，可以提高数据访问速度。下面是 Java NIO 常用类和接口：

Channel：提供了各种类型的通道接口，如 FileChannel、DatagramChannel、SocketChannel 和 ServerSocketChannel 等。 Buffer：提供了各种类型的缓冲区实现，如 ByteBuffer、CharBuffer、ShortBuffer 和 DoubleBuffer 等。 Selector：提供了 Selector 接口，用于监听多个通道的事件，可以使用一个线程处理多个通道。总之，Java NIO 提高了网络编程的效率和性能，使得程序可以处理更多并发请求。但同时需要注意 NIO 的复杂性和学习难度，需要仔细理解其原理和使用规范。

我在早期有讲过Java NIO的基本用法如果初学者可以浏览早期的Java NIO 文章

一，Channel实现类

Channel实现类讲解

在Java NIO中，Channel是一个重要的概念，它代表着一个可以进行读写操作的实体，可以与文件、网络套接字等进行交互。

Java NIO提供了多种不同类型的Channel实现类，下面是其中一些常用的实现类：

FileChannel：用于读写文件数据的通道，可以从文件中读取数据到缓冲区，也可以将缓冲区中的数据写入文件。 FileChannel类是Java NIO中用于对文件进行读写操作的通道。它提供了一系列方法来实现文件的读取和写入操作。以下是FileChannel类中常用的方法：

open(Path path, OpenOption... options)：静态方法，用于打开一个文件通道。参数path表示文件路径，options表示打开文件的选项，例如StandardOpenOption.READ表示以只读方式打开文件，StandardOpenOption.WRITE表示以写入方式打开文件等。

read(ByteBuffer dst)：从通道中读取数据到指定的缓冲区。返回值为读取的字节数，如果返回-1表示已经读取到文件末尾。

write(ByteBuffer src)：将指定的缓冲区中的数据写入到通道中。返回值为写入的字节数。

position()和position(long newPosition)：获取或设置当前通道的位置。position()方法返回当前位置，position(long newPosition)方法将位置设置为指定的值。

size()：获取通道关联文件的大小。

truncate(long size)：将通道关联文件截断为指定的大小。

force(boolean metaData)：强制将通道关联文件的内容刷新到磁盘上。

transferTo(long position, long count, WritableByteChannel target)和transferFrom(ReadableByteChannel src, long position, long count)：这两个方法用于在通道之间直接传输数据，可以避免数据的中间复制。

lock()和tryLock()：用于对通道进行加锁操作，实现文件的独占访问。

close()：关闭通道。

以上是FileChannel类中的一些常用方法，通过这些方法可以实现对文件的读写操作。需要注意的是，在使用FileChannel进行读写操作时，通常需要结合ByteBuffer类来完成数据的读取和写入。

SocketChannel：用于进行TCP连接的通道，可以通过SocketChannel与远程服务器建立连接，并进行数据的读写操作。 SocketChannel是Java NIO中用于进行TCP连接的通道，它提供了一系列方法来实现网络数据的读取和写入操作。以下是SocketChannel类中常用的方法：

open()：静态方法，用于打开一个SocketChannel。

connect(SocketAddress remote)：连接到指定的远程服务器。参数remote表示远程服务器的地址。

finishConnect()：完成连接操作。在调用connect()方法后，需要调用finishConnect()方法等待连接完成。

read(ByteBuffer dst)：从通道中读取数据到指定的缓冲区。返回值为读取的字节数，如果返回-1表示已经读取到流的末尾。

write(ByteBuffer src)：将指定的缓冲区中的数据写入到通道中。返回值为写入的字节数。

isOpen()：判断通道是否处于打开状态。

isConnected()：判断是否已经连接到远程服务器。

socket()：获取与此通道关联的套接字。

getRemoteAddress()和getLocalAddress()：分别获取远程和本地的地址。

setOption(SocketOption<T> name, T value)和getOption(SocketOption<T> name)：用于设置和获取套接字选项。

configureBlocking(boolean block)：设置通道的阻塞模式。如果block为true，表示通道为阻塞模式，否则为非阻塞模式。

register(Selector sel, int ops)：将通道注册到指定的选择器中，以便进行选择操作。

close()：关闭通道。

以上是SocketChannel类中的一些常用方法，通过这些方法可以实现网络数据的读取和写入操作。需要注意的是，在使用SocketChannel进行读写操作时，通常需要结合ByteBuffer类来完成数据的读取和写入。

ServerSocketChannel：用于监听TCP连接请求的通道，可以通过ServerSocketChannel监听特定的端口，并等待客户端的连接请求。

ServerSocketChannel是Java NIO中用于创建服务器端的通道，它提供了一系列方法来实现服务器的监听和接收客户端连接。以下是ServerSocketChannel类中常用的方法：

open()：静态方法，用于打开一个ServerSocketChannel。

bind(SocketAddress local)：绑定服务器的本地地址。参数local表示本地地址。

accept()：接受客户端的连接请求，并返回一个SocketChannel用于与客户端进行通信。

configureBlocking(boolean block)：设置通道的阻塞模式。如果block为true，表示通道为阻塞模式，否则为非阻塞模式。

isOpen()：判断通道是否处于打开状态。

socket()：获取与此通道关联的服务器套接字。

getLocalAddress()：获取服务器绑定的本地地址。

setOption(SocketOption<T> name, T value)和getOption(SocketOption<T> name)：用于设置和获取套接字选项。

register(Selector sel, int ops)：将通道注册到指定的选择器中，以便进行选择操作。

close()：关闭通道。

以上是ServerSocketChannel类中的一些常用方法，通过这些方法可以实现服务器的监听和接受客户端连接。需要注意的是，在使用ServerSocketChannel时，通常需要结合SocketChannel来与客户端进行通信。

DatagramChannel：用于进行UDP连接的通道，可以通过DatagramChannel发送和接收UDP数据包。 DatagramChannel是Java NIO中用于进行UDP通信的通道，它提供了一系列方法来实现数据的发送和接收。以下是DatagramChannel类中常用的方法：

open()：静态方法，用于打开一个DatagramChannel。

bind(SocketAddress local)：将通道绑定到指定的本地地址。参数local表示本地地址。

receive(ByteBuffer dst)：从通道中接收数据，并将数据存储到指定的缓冲区中。返回值为接收的字节数，如果返回-1表示没有数据可读。

send(ByteBuffer src, SocketAddress target)：将指定的缓冲区中的数据发送到目标地址。参数src表示要发送的数据，target表示目标地址。

configureBlocking(boolean block)：设置通道的阻塞模式。如果block为true，表示通道为阻塞模式，否则为非阻塞模式。

isOpen()：判断通道是否处于打开状态。

socket()：获取与此通道关联的套接字。

getLocalAddress()：获取通道绑定的本地地址。

setOption(SocketOption<T> name, T value)和getOption(SocketOption<T> name)：用于设置和获取套接字选项。

close()：关闭通道。

以上是DatagramChannel类中的一些常用方法，通过这些方法可以实现UDP数据的发送和接收。需要注意的是，在使用DatagramChannel进行数据发送和接收时，通常需要结合ByteBuffer类来完成数据的读取和写入。

Pipe.SinkChannel和Pipe.SourceChannel：用于在同一进程内进行线程之间的通信，可以通过Pipe.SinkChannel向管道中写入数据，然后通过Pipe.SourceChannel从管道中读取数据。 Pipe是Java NIO中用于在两个线程之间进行通信的管道，其中包含了SinkChannel和SourceChannel两个通道。下面是Pipe.SinkChannel和Pipe.SourceChannel常用的方法：

Pipe.SinkChannel常用方法：

write(ByteBuffer src)：将指定的字节缓冲区中的数据写入到通道中。

close()：关闭通道。

isOpen()：判断通道是否处于打开状态。

configureBlocking(boolean block)：设置通道的阻塞模式。如果block为true，表示通道为阻塞模式，否则为非阻塞模式。

validOps()：返回此通道支持的操作集合。

Pipe.SourceChannel常用方法：

read(ByteBuffer dst)：从通道中读取数据，并将数据存储到指定的字节缓冲区中。

close()：关闭通道。

isOpen()：判断通道是否处于打开状态。

configureBlocking(boolean block)：设置通道的阻塞模式。如果block为true，表示通道为阻塞模式，否则为非阻塞模式。

validOps()：返回此通道支持的操作集合。

需要注意的是，Pipe是一个单向的通道，通过Pipe.SinkChannel向Pipe.SourceChannel传输数据。在使用Pipe进行通信时，一般会创建一个Pipe实例，并通过sink()和source()方法获取对应的SinkChannel和SourceChannel对象，然后在不同的线程中使用这两个通道进行数据的读写操作。

Channel实现类示例代码

这些Channel实现类都是抽象类，具体的实例化需要通过工厂方法来创建。在使用Channel进行数据读写时，需要结合Buffer类来完成数据的读写操作。下面是一些Java示例代码，展示了FileChannel、SocketChannel、ServerSocketChannel、DatagramChannel、Pipe.SinkChannel和Pipe.SourceChannel的基本用法：

FileChannel 示例代码：

java

代码解读

复制代码

import java.io.RandomAccessFile;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class FileChannelExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("file.txt", "rw");
        FileChannel channel = file.getChannel();

        String data = "Hello, World!";
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        buffer.put(data.getBytes());
        buffer.flip();

        channel.write(buffer);

        channel.close();
        file.close();
    }
}

SocketChannel 示例代码：

java

代码解读

复制代码

import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SocketChannel;

public class SocketChannelExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        SocketChannel channel = SocketChannel.open();
        channel.connect(new InetSocketAddress("localhost", 8080));

        String data = "Hello, Server!";
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        buffer.put(data.getBytes());
        buffer.flip();

        channel.write(buffer);

        buffer.clear();
        channel.read(buffer);
        buffer.flip();

        String response = new String(buffer.array(), 0, buffer.limit());
        System.out.println("Server response: " + response);

        channel.close();
    }
}

ServerSocketChannel 示例代码：

java

代码解读

复制代码

import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;

public class ServerSocketChannelExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();
        serverChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8080));

        SocketChannel channel = serverChannel.accept();

        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        channel.read(buffer);
        buffer.flip();

        String request = new String(buffer.array(), 0, buffer.limit());
        System.out.println("Received request: " + request);

        String response = "Hello, Client!";
        buffer.clear();
        buffer.put(response.getBytes());
        buffer.flip();

        channel.write(buffer);

        channel.close();
        serverChannel.close();
    }
}

DatagramChannel 示例代码：

java

代码解读

复制代码

import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.DatagramChannel;

public class DatagramChannelExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        DatagramChannel channel = DatagramChannel.open();
        channel.bind(new InetSocketAddress(8080));

        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        channel.receive(buffer);
        buffer.flip();

        String request = new String(buffer.array(), 0, buffer.limit());
        System.out.println("Received request: " + request);

        String response = "Hello, Client!";
        buffer.clear();
        buffer.put(response.getBytes());
        buffer.flip();

        channel.send(buffer, new InetSocketAddress("localhost", 8888));

        channel.close();
    }
}

Pipe.SinkChannel 和 Pipe.SourceChannel 示例代码：

java

代码解读

复制代码

import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.Pipe;

public class PipeChannelExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Pipe pipe = Pipe.open();
        Pipe.SinkChannel sinkChannel = pipe.sink();
        Pipe.SourceChannel sourceChannel = pipe.source();

        String data = "Hello, Pipe!";
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        buffer.put(data.getBytes());
        buffer.flip();

        sinkChannel.write(buffer);

        buffer.clear();
        sourceChannel.read(buffer);
        buffer.flip();

        String response = new String(buffer.array(), 0, buffer.limit());
        System.out.println("Received response: " + response);

        sinkChannel.close();
        sourceChannel.close();
    }
}