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Java NIO 中 Buffer 和 Channel 的简单介绍

时间:2021-09-12 13:33:03      阅读:8      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

在使用 BufferedReader 读取输入流中的数据时,如果没有读到有效数据,程序将在此出阻塞该线程的执行(使用 InputStream 的 read() 方法从流中读取数据时,如果数据流中没有数据,它也会阻塞该线程)。也就是说,传统的输入流、输出流都是阻塞式输入、输出。

从 JDK 1.4 开始,Java 提供了一系列新的IO(New IO,简称 NIO),位于 java.nio 包及子包下,并且对原 java.io 包中的很多类以 NIO 为基础进行了改写,新增了满足 NIO 的功能。

Channel(通道)和 Buffer(缓冲)是 NIO 中的两个核心对象。

Buffer

Buffer 可以被理解成一个容器,它的本质是一个数组。

Buffer 是一个抽象类,其最常用的子类是 ByteBuffer。除此之外,还有对应于其他基本数据(boolean除外)对应的 Buffer 类:CharBuffer、ShorBuffer......等。

在 Buffer 中有三个重要的概念:capacity(容量)、limit(界限)、position(位置)

  • capacity(容量):缓冲区的容量,创建后不可改变,不可能为负值。
  • limit(界限):limit 后的数据不可被读写。
  • position(位置):用于指明下一个可以被读出的或者写入的缓冲区位置索引。

此外,Buffer 里还支持一个可选标记(mark),这些值满足下列关系:

0 << mark << position << limit << capacity

如图:
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Buffer 的主要作用是装入数据,然后输出数据。

开始时 Buffer 的 position 为 0,limit 为 capacity,程序可以通过 put() 方法向 Buffer 中放入数据,没放入一些数据,position 相应地向后移动一些位置。

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当 Buffer 装入数据结束后,调用 Buffer 的 flip() 方法,该方法将limit 设置为 position 所在位置,并将 position 设为 0,这就使得 Buffer 的读写指针又回到了开始位置,之后 Buffer 为输出数据做好准备。(调用 get() 方法可输出数据)

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当 Buffer 输出数据结束后,Buffer 可调用 clear() 方法,这个方法不是清空 Buffer 的数据,它仅仅是将 position 设置为0,将 limit设置为 capacity,这样为再次向 Buffer 装入数据做准备。但之前已有的数据还是在 Buffer 中,后面装数据时会将原来位置的数据覆盖。

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import java.nio.CharBuffer;

public class BufferDemo2 {

    public static void main(String[] args) {
        CharBuffer buffer = CharBuffer.allocate(8);     //创建 Buffer 时指定 capacity为8
        //开始时 limit = capacity = 8, position = 0
        System.out.println("capacity: " + buffer.capacity() 
                           + ", limit: " + buffer.limit() 
                           + ", position: " + buffer.position());

        // 输入数据
        buffer.put(‘a‘);
        buffer.put(‘b‘);
        buffer.put(‘c‘);
        // capacity: 8, limit: 8, position: 3
        System.out.println("capacity: " + buffer.capacity() 
                           + ", limit: " + buffer.limit() 
                           + ", position: " + buffer.position());  

        buffer.flip();
        System.out.println("******* flip  **");
        // capacity: 8, limit: 3, position: 0
        System.out.println("capacity: " + buffer.capacity() 
                           + ", limit: " + buffer.limit() 
                           + ", position: " + buffer.position()); 

        // 输出数据,返回a
        System.out.println("1: " + buffer.get());
        // capacity: 8, limit: 3, position: 1
        System.out.println("capacity: " + buffer.capacity() 
                           + ", limit: " + buffer.limit() 
                           + ", position: " + buffer.position()); 

        System.out.println("******* clear  **");
        buffer.clear();
        // capacity: 8, limit: 8, position: 0
        System.out.println("capacity: " + buffer.capacity() 
                           + ", limit: " + buffer.limit() 
                           + ", position: " + buffer.position());  

        System.out.println("clear 后,第一个元素: " + buffer.get(0));  // a
        System.out.println("clear 后,第三个元素: " + buffer.get(2));  // c
        buffer.put(‘d‘);
        System.out.println("limit: " + buffer.limit());     // 8
        System.out.println("position: " + buffer.position());   // 1
        System.out.println("clear 后,第一个元素: " + buffer.get(0));  // d
        System.out.println("clear 后,第三个元素: " + buffer.get(2));  // c
    }
}

Channel

Channel 类似于传统的流对象,但也有两个主要区别。

  • Channel 可以直接将指定文件的部分或全部直接映射成 Buffer。
  • 程序不能直接访问 Channel 中的数据,包括读写都不行,Channel 只能与 Buffer 进行交互。

Java为 Channel 接口提供了 DatagramChannel、FileChannel、Pipe.SinkChannel,、Pipe.SourceChannel、 SelectableChannel,、ServerSocketChannel,、SocketChannel 等实现类。

其中, Pipe.SinkChannel,、Pipe.SourceChannel 是用于支持线程之间通信的管道 Channel ;ServerSocketChannel,、SocketChannel 是用于支持 TCP 网络通信的 Channel ;DatagramChannel 则是用于支持 UDP 网络通信的 DatagramChannel。

所有的 Channel 都不应该通过构造器来创建,而是通过传统的节点流 InputStram、OutputStream 的 getChannel() 方法来返回对应的 Channel ,不同节点流获得的 Channel 不一样。

例如,FileInputStream、FileOutputStream 的getChannel() 返回的是 FileChannel

Channel 中最常用的三类方法是 map()、read()、write(),其中:

map() 方法用于将 Channel 对应的部分或全部数据映射成 ByteBuffer;

read() 或 write() 方法都有一系列重载形式,这些方法用于从 Buffer 中读取或写入数据。

MappedByteBuffer map(FileChannel.MapMode mode,long position,long size) : 第一个参数执行映射时的模式,分别为只读、读写、专用 这3种模式;

import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.nio.CharBuffer;
import java.nio.MappedByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.charset.Charset;
import java.nio.charset.CharsetDecoder;

/**
 * 将文件 object.txt 的内容复制到文件 b.txt 中,并在控制台输出
 */
public class FileChannelTest {
    public static void main(String[] args) {

        File f = new File("object.txt");
        try {
            //创建 FileInputStream,以该文件输入流创建 FileChannel
            FileChannel inChannel = new FileInputStream(f).getChannel();
            // 以文件输出流创建 FileChannel,用以控制输出
            FileChannel outChannel = new FileOutputStream("b.txt").getChannel();

            //将 inChannel 里的全部数据映射成 ByteBuffer
            MappedByteBuffer buffer = inChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, f.length());
            
            Charset charset = Charset.forName("GBK");
            // 直接将 buffer 里的数据全部输出
            outChannel.write(buffer);
            
            buffer.clear();
            // 创建解码器(CharsetDecoder)对象
            CharsetDecoder decoder = charset.newDecoder();
            // 使用解码器将 ByteBuffer 转换成 CharBuffer
            CharBuffer charBuffer = decoder.decode(buffer);
            // CharBuffer 的 toString 方法可以获取对应的字符串
            System.out.println(charBuffer);

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}

Java NIO 中 Buffer 和 Channel 的简单介绍

原文:https://www.cnblogs.com/luler/p/15252656.html

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