Java基礎（5）-----IO_2_NIO

思維導圖

一.NIO的目的

    NIO存在的主要目的在於提高速度，並且，IO類也被NIO重新實現了，速度也有一定的提高。

二.NIO的原理

2.1運行模型

        在下圖中可以看到，數據源相較於IO類沒有多大的變化，通道類Channel則是通過IO類的FlieInputStream，FileOutputStream，RandomAccessFile類取得，而內存會利用一個ByteBuffer和通道類進行交互。打個比方來說，數據源相當於是一座礦山，Channel類相當於是通過上述三個IO類所打的隧道，ByteBuffer相當於車輛，往來於工地（內存）和隧道之間，進行貨物（數據）的輸送。

 在這幅圖中， 數據源和Channel類由FlieInputStream，FileOutputStream，RandomAccessFile類的getChannel()方法取得。

貨車ByteBuffer的核心是一個數組，用來存儲數據，還有一些字段，用來對貨車的數據進行一些操作。

ByteBuffer主要有以下幾個字段：

1. position：當前數組指針所在的地方
2. capacity：容量，即數組的大小限制
3. limit：限制，他是在容量這一限制下的又一個限制，即position最後可以達到的位置
4. mark：一個標記，標記了當時position的值，在重置時有用。

那麼貨車一般會有什麼操作呢：

• put：放入數據

• flip:當數據已經輸入完成後，需要讀取數據時，使用flip（），他會將limit設置在數據區最後的位置，標誌數據已被讀取完了。而position會被設置在數組的開頭，表示開始讀取數據。
• get：從buffer裏讀一個字節，並把postion移動一位。上限是limit，即寫入數據的最後位置

• clear：將position置爲0，並不清除buffer內容。 
• mark: 將mark值賦爲position的值。
• reset：將此緩衝區的位置重置爲以前標記的位置，調用此方法不更改也不丟棄標記的值。

2.2簡單使用

//定義輸入的數據源
        File file = new File("e:/in.txt");
        try {
            //通過輸入流獲得隧道
            FileChannel fc = new FileInputStream(file).getChannel();
            //定義一個ByteBuffer貨車出來,必須給貨車分配容量，才能更快。
            ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocate(1024);
            //隧道指定貨車讀取數據
            fc.read(bb);
            //準備讀取貨車中的數據
            bb.flip();
            //輸出到控制檯
            while(bb.hasRemaining()){
                System.out.println((char)bb.get());
            }

            //寫入到另一份文件中
            File outFile = new File("e:/out.txt");
            FileChannel fc2 = new FileOutputStream(outFile).getChannel();
            //由於剛纔讀取過貨車中的信息，所以現在positon位於limit上，即數據已經讀取完了
            // 所以重置以下，方便讀取
            bb.flip();
            fc2.write(bb);
            //也可以使用其他的方法寫入數據wrap方法會指定新的ByteBuffer貨車，進行運輸
            //方法中的Byte數組會直接打包寫入
            fc2.write(ByteBuffer.wrap("new way".getBytes()));

            fc.close();
            fc2.close();


        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }catch(IOException e){
            e.printStackTrace();
        }

 

 三.常用功能

3.1字符輸出

在上面的程序中，如果輸入數據源中有中文，那麼輸出到控制檯就會出現亂碼，所以，我們可以在輸入數據時進行編碼，或者在輸出數據時解碼。

//定義輸入的數據源
        File file = new File("e:/in.txt");
        try {
            //通過輸入流獲得隧道
            FileChannel fc = new FileInputStream(file).getChannel();
            //定義一個ByteBuffer貨車出來,必須給貨車分配容量，才能更快。
            ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocate(1024);
            //隧道指定貨車讀取數據
            fc.read(bb);
            bb.flip();
            //準備讀取貨車中的數據
            Charset charset = Charset.forName("GBK");
            //進行解碼
            System.out.println(charset.decode(bb));

            //寫入到另一份文件中
            File outFile = new File("e:/out.txt");
            FileChannel fc2 = new FileOutputStream(outFile).getChannel();
            //由於剛纔讀取過貨車中的信息，所以現在positon位於limit上，即數據已經讀取完了所以重置以下，方便讀取
            bb.flip();
            //輸入時不編碼也可以將中文輸入,當然輸入編碼，輸出就可以不解碼了
            fc2.write(bb);
            //輸入字符串則可以採用這種編碼方式
            fc2.write(ByteBuffer.wrap("小狗".getBytes("GBK")));

            fc.close();
            fc2.close();


        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }catch(IOException e){
            e.printStackTrace();
        }

3.2格式化：視圖

在NIO包中，除了ByteBuffer外，還有IntBuffer,FloatBuffer等一些列的基本類型的Buffer，利用他們是ByteBuffer的視圖，依舊是說，實際上的處理還是ByteBuffer，我們可以利用這些Buffer對基本類型的數據進行處理。

//定義輸入的數據源
        File inFile = new File("e:/in.txt");
        File outFile = new File("e:/out.txt");
        try {
            //獲得隧道
            FileChannel inFc = new FileInputStream(inFile).getChannel();
            FileChannel outFc = new FileOutputStream(outFile).getChannel();

            //定義一個ByteBuffer貨車出來,必須給貨車分配容量，才能更快。
            ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocate(1024*20);
            bb.asIntBuffer().put(new int[]{1,2,3,4});
            //此處寫出後，在文本中看見的是亂碼，因爲輸出的是int（4字節）的而二進制文件，文本不
            //能顯示二進制文件，所以亂碼
            outFc.write(bb);

            //讀取數據,可以一個一個或者成批次的讀取
            bb.flip();
            int i = 0;
            IntBuffer ib = bb.asIntBuffer();
            while((i = ib.get()) != 0){
                System.out.println(i);
            }
            //成批次獲取
            ib.flip();
            //數組的大小必須符合ByteBuffer中數據的數量，不然會報錯
            int[] temp = new int[ib.limit()];
            ib.get(temp);
            for(int j : temp){
                System.out.print(j);
            }

            inFc.close();
            outFc.close();


        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }catch(IOException e){
            e.printStackTrace();
        }

 

3.3內存映射文件

    由於虛擬機內存太小，或者某些數據太大，導致不能將某些數據放入內存，所以需要內存映射文件，他能直接在內存中映射大文件，可以把它當作非常大的數組訪問。

    在寫入時，可以使用FileOutputStream，但映射文件的輸出則必須使用RandomAccessFile。所以說，最好使用RandomAccessFile

try {
            //先獲取隧道
            FileChannel fc = new RandomAccessFile("e:/out.txt","rw").getChannel();
            //通過隧道獲取MappedByteBuffer，此類繼承自ByteBuffer，是一個抽象類，表示內存映射文件
            //三個參數分別爲：使用權限，起始映射位置，映射大小
            MappedByteBuffer mbb = fc.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE,0,1024);
            IntBuffer ib = mbb.asIntBuffer();
            ib.put(1);
            fc.close();
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }catch (IOException e){
            e.printStackTrace();
        }

3.4文件加鎖

    NIO中由文件加鎖機制，可以保證文件的同步或者異步訪問。鎖能直接映射到系統的文件鎖，所以無論是不是Java線程，都不能訪問加鎖後的文件。

try {
            //先獲取隧道
            FileChannel fc = new RandomAccessFile("e:/out.txt","rw").getChannel();
            //tryLock是非阻塞式的，當不可獲得時會返回。

            //position - 鎖定區域開始的位置；必須爲非負數
            //size - 鎖定區域的大小；必須爲非負數，並且 position + size 的和必須爲非負數
            //shared - 要請求共享鎖定，則爲 true，在這種情況下此通道必須允許進行讀取（可能是寫入）操作；
            // 要請求獨佔鎖定，則爲 false，在這種情況下此通道必須允許進行寫入（可能是讀取）操作
            
            FileLock fl1 = fc.tryLock(0,512,true);
            //lock是阻塞式的，他將阻塞進程，直到可以獲得鎖，或者調用lock的通道被關閉
            FileLock fl2 = fc.lock();
            //釋放鎖
            fl1.release();
            fl2.release();

            fc.close();
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }catch (IOException e){
            e.printStackTrace();
        }