Java NIO笔记

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1.Java NIO Tutorial

Java NIO(New IO)是一个可以替代标准Java IO API的IO API（从Java 1.4开始)，Java NIO提供了与标准IO不同的IO工作方式。

Java NIO: Channels and Buffers（通道和缓冲区）

标准的IO基于字节流和字符流进行操作的，而NIO是基于通道（Channel）和缓冲区（Buffer）进行操作，数据总是从通道读取到缓冲区中，或者从缓冲区写入到通道中。

Java NIO: Non-blocking IO（非阻塞IO）

Java NIO可以让你非阻塞的使用IO，例如：当线程从通道读取数据到缓冲区时，线程还是可以进行其他事情。当数据被写入到缓冲区时，线程可以继续处理它。从缓冲区写入通道也类似。

Java NIO: Selectors（选择器）

Java NIO引入了选择器的概念，选择器用于监听多个通道的事件（比如：连接打开，数据到达）。因此，单个的线程可以监听多个数据通道。

2.Java NIO Overview

Java NIO 由以下几个核心部分组成：

• Channels
• Buffers
• Selectors

虽然Java NIO 中除此之外还有很多类和组件，但在我看来，Channel，Buffer 和 Selector 构成了核心的API。其它组件，如Pipe和FileLock，只不过是与三个核心组件共同使用的工具类。因此我将主要介绍这三个组件在本段，其他组件将在本系列文章的其他章节介绍

Channels and Buffers

基本上，所有的 IO 在NIO 中都从一个Channel 开始。Channel 有点象流。 数据可以从Channel读到Buffer中，也可以从Buffer 写到Channel中。如图所示：

Java NIO: Channels read data into Buffers, and Buffers write data into Channels

JAVA NIO中的一些主要Channel的实现：

• FileChannel
• DatagramChannel
• SocketChannel
• ServerSocketChannel

更多详情见NIO-Channel-UML

正如你所看见的一样，这些channel覆盖了UDP、TCP 网络 IO、文件IO。

这些类还附带了一些有趣的接口，但是为了简单起见，我将把它们排除在这个Java NIO概述之外。在本Java NIO教程的其他文本中，将在相关的地方对它们进行解释。

Java NIO里关键的Buffer实现：

• ByteBuffer
• CharBuffer
• DoubleBuffer
• FloatBuffer
• IntBuffer
• LongBuffer
• ShortBuffer

更多详情见NIO-Buffer-UML

这些Buffer包含通过IO传输的所有基本数据类型：byte, short, int, long, float, double 和 char。

Java NIO还有一个MappedByteBuffer，它与内存映射文件一起使用。不过，我将把这个缓冲区从这个概述中去掉。

Selectors

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。例如，在一个聊天服务器中。

如图所示

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，事件的例子有如新连接进来，数据接收等。

3.Java NIO Channel

Java NIO通道与streams相似，但有一些不同：

• 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(read or write)。
• 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。

正如上面所说，从通道读取数据到缓冲区，从缓冲区写入数据到通道。如下图所示：

Java NIO: Channels read data into Buffers, and Buffers write data into Channels

Channel Implementations

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。

Basic Channel Example

下面是一个使用FileChannel读取数据到Buffer中的示例：

String path = "/Users/nsh/data";
FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(new File(path));
//RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("data/nio-data.txt", "rw");
//FileChannel inChannel = aFile.getChannel();
try {
    FileChannel inChannel = fileInputStream.getChannel();
    ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(32);

    int bytesRead = 0;
    while (bytesRead != -1) {
        bytesRead = inChannel.read(buf);
        if (bytesRead == -1) {
            break;
        }

        buf.flip();
        while (buf.hasRemaining()) {
            System.out.print((char) buf.get());
        }
        System.out.println();
        buf.clear();
    }
}catch (Exception e){
    e.printStackTrace();
}finally {
    fileInputStream.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。下一节会深入讲解Buffer的更多细节。

4.Java NIO Buffer

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

缓冲区本质上(essentially)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(wrapped)成NIO Buffer对象，并提供了一组方法，用来方便的访问该块内存。

Basic Buffer Usage

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，让它可以再次被写入。有两种方式能清空缓冲区：调用clear()或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。

下面是一个使用Buffer的例子：

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();

Buffer Capacity, Position and 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。

为了理解Buffer的工作原理，需要熟悉它的三个属性：

• capacity
• position
• limit

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。

这里有一个关于capacity，position和limit在读写模式中的说明，详细的解释在插图后面。

Capacity

作为一个内存块，Buffer有一个固定的大小值，也叫“capacity”.你只能往里写capacity个byte、long，char等类型。一旦Buffer满了，需要将其清空（通过读数据或者清除数据）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。 写模式下，limit等于Buffer的capacity。

当切换Buffer到读模式时， 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。换句话说，你能读到之前写入的所有数据（limit被设置成已写数据的数量，这个值在写模式下就是position）

Buffer Types

Java NIO 有以下Buffer类型

• ByteBuffer
• MappedByteBuffer
• CharBuffer
• DoubleBuffer
• FloatBuffer
• IntBuffer
• LongBuffer
• ShortBuffer

如你所见，这些Buffer类型代表了不同的数据类型。换句话说，就是可以通过char，short，int，long，float 或 double类型来操作缓冲区中的字节。

MappedByteBuffer 有些特别，在涉及它的专门章节中再讲。

Allocating a Buffer

To obtain a Buffer object you must first allocate it. Every Buffer class has an allocate() method that does this. Here is an example showing the allocation of a ByteBuffer, with a capacity of 48 bytes:

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

Here is an example allocating a CharBuffer with space for 1024 characters:

CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(1024);

Writing Data to a Buffer

写数据到Buffer有两种方式：

1. 从Channel写到Buffer。
2. 通过Buffer的put()方法写到Buffer里。

Here is an example showing how a Channel can write data into a Buffer:

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

Here is an example that writes data into a Buffer via the put() method:

buf.put(127);

put方法有很多版本，允许你以不同的方式把数据写入到Buffer中。例如， 写到一个指定的位置，或者把一个字节数组写入到Buffer。 更多Buffer实现的细节参考JavaDoc。

flip()

lip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。

换句话说，position现在用于标记读的位置，limit表示之前写进了多少个byte、char等 —— 现在能读取多少个byte、char等。

Reading Data from a Buffer

从Buffer中读取数据有两种方式：

1. 从Buffer读取数据到Channel。
2. 使用get()方法从Buffer中读取数据。

Here is an example of how you can read data from a buffer into a channel:

//read from buffer into channel.
int bytesWritten = inChannel.write(buf);

Here is an example that reads data from a Buffer using the get() method:

byte aByte = buf.get();    

get方法有很多版本，允许你以不同的方式从Buffer中读取数据。例如，从指定position读取，或者从Buffer中读取数据到字节数组。更多Buffer实现的细节参考JavaDoc。

rewind()

Buffer.rewind()将position设回0，所以你可以重读Buffer中的所有数据。limit保持不变，仍然表示能从Buffer中读取多少个元素（byte、char等）。

clear() and compact()

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被设置成 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() and reset()

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。例如：

buffer.mark();
//call buffer.get() a couple of times, e.g. during parsing.
buffer.reset();  //set position back to mark.   

equals() and compareTo()

可以使用equals()和compareTo()方法两个Buffer。

equals()

当满足下列条件时，表示两个Buffer相等：

1. 有相同的类型（byte、char、int等）。
2. Buffer中剩余的byte、char等的个数相等。
3. Buffer中所有剩余的byte、char等都相同。

如你所见，equals只是比较Buffer的一部分，不是每一个在它里面的元素都比较。实际上，它只比较Buffer中的剩余元素。

compareTo()

compareTo()方法比较两个Buffer的剩余元素(byte、char等)， 如果满足下列条件，则认为一个Buffer“小于”另一个Buffer：

1. 第一个不相等的元素小于另一个Buffer中对应的元素 。
2. 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1. 数比另一个少)。

5.Java NIO Scatter / Gather

Java NIO开始支持scatter/gather，scatter/gather用于描述从Channel中读取或者写入到Channel的操作

scatter从Channel中读取是指在读操作时将读取的数据写入多个buffer中。因此，Channel将从Channel中读取的数据“scatter”到多个Buffer中。

gather写入Channel是指在写操作时将多个buffer的数据写入同一个Channel，因此，Channel 将多个Buffer中的数据“gather”后发送到Channel。

scatter / gather经常用于需要将传输的数据分开处理的场合，例如传输一个由消息头和消息体组成的消息，你可能会将消息体和消息头分散到不同的buffer中，这样你可以方便的处理消息头和消息体。

Scattering Reads

A “scattering read” reads data from a single channel into multiple buffers. Here is an illustration（图示） of that principle:

Java NIO: Scattering Read

Here is a code example that shows how to perform a scattering read:

ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(128);
ByteBuffer body   = ByteBuffer.allocate(1024);

ByteBuffer[] bufferArray = { header, body };

channel.read(bufferArray);

注意buffer首先被插入到数组，然后再将数组作为channel.read() 的输入参数。read()方法按照buffer在数组中的顺序将从channel中读取的数据写入到buffer，当一个buffer被写满后，channel紧接着向另一个buffer中写。

Scattering Reads在移动下一个buffer前，必须填满当前的buffer，这也意味着它不适用于动态消息(译者注：消息大小不固定)。换句话说，如果存在消息头和消息体，消息头必须完成填充（例如 128byte），Scattering Reads才能正常工作。

Gathering Writes

A “gathering write” writes data from multiple buffers into a single channel. Here is an illustration of that principle:

Java NIO: Gathering Write

Here is a code example that shows how to perform a gathering write:

ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(128);
ByteBuffer body   = ByteBuffer.allocate(1024);

//write data into buffers

ByteBuffer[] bufferArray = { header, body };

channel.write(bufferArray);

buffers数组是write()方法的入参，write()方法会按照buffer在数组中的顺序，将数据写入到channel，注意只有position和limit之间的数据才会被写入。因此，如果一个buffer的容量为128byte，但是仅仅包含58byte的数据，那么这58byte的数据将被写入到channel中。因此与Scattering Reads相反，Gathering Writes能较好的处理动态消息。

6.Java NIO Channel to Channel Transfers

In Java NIO you can transfer data directly from one channel to another, if one of the channels is a FileChannel. The FileChannel class has a transferTo() and a transferFrom() method which does this for you.

transferFrom()

FileChannel的transferFrom()方法可以将数据从源通道传输到FileChannel中。下面是一个简单的例子：

RandomAccessFile fromFile = new RandomAccessFile("fromFile.txt", "rw");
FileChannel      fromChannel = fromFile.getChannel();

RandomAccessFile toFile = new RandomAccessFile("toFile.txt", "rw");
FileChannel      toChannel = toFile.getChannel();

long position = 0;
long count    = fromChannel.size();

toChannel.transferFrom(fromChannel, position, count);

方法的输入参数position表示从position处开始向目标文件写入数据，count表示最多传输的字节数。如果源通道的剩余空间小于 count 个字节，则所传输的字节数要小于请求的字节数。

此外要注意，在SoketChannel的实现中，SocketChannel只会传输此刻准备好的数据（可能不足count字节）。因此，SocketChannel可能不会将请求的所有数据(count个字节)全部传输到FileChannel中。

transferTo()

The transferTo() method transfer from a FileChannel into some other channel. Here is a simple example:

RandomAccessFile fromFile = new RandomAccessFile("fromFile.txt", "rw");
FileChannel      fromChannel = fromFile.getChannel();

RandomAccessFile toFile = new RandomAccessFile("toFile.txt", "rw");
FileChannel      toChannel = toFile.getChannel();

long position = 0;
long count    = fromChannel.size();

fromChannel.transferTo(position, count, toChannel);

是不是发现这个例子和前面那个例子特别相似？除了调用方法的FileChannel对象不一样外，其他的都一样。

上面所说的关于SocketChannel的问题在transferTo()方法中同样存在。SocketChannel会一直传输数据直到目标buffer被填满。

7.Java NIO Selector

Selector（选择器）是Java NIO中能够检测一到多个NIO通道，并能够知晓通道是否为诸如读写事件做好准备的组件。这样，一个单独的线程可以管理多个channel，从而管理多个网络连接。

Why Use a Selector?

仅用单个线程来处理多个Channels的好处（advantage）是，只需要更少的线程来处理通道。

事实上，可以只用一个线程处理所有的通道。对于操作系统来说，线程之间上下文切换的开销很大，而且每个线程都要占用系统的一些资源（如内存）。因此，使用的线程越少越好。

但是，需要记住，现代的操作系统和CPU在多任务方面表现的越来越好，所以多线程的开销随着时间的推移，变得越来越小了。实际上，如果一个CPU有多个内核，不使用多任务可能是在浪费CPU能力。不管怎么说，关于那种设计的讨论应该放在另一篇不同的文章中。在这里，只要知道使用Selector能够处理多个通道就足够了。

Here is an illustration of a thread using a Selector to handle 3 Channel’s:

Java NIO: A Thread uses a Selector to handle 3 Channel’s

Creating a Selector

You create a Selector by calling the Selector.open() method, like this:

Selector selector = Selector.open();

Registering Channels with the Selector

为了将Channel和Selector配合使用，必须将channel注册到selector上。通过SelectableChannel.register()方法来实现，如下：

channel.configureBlocking(false);

SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

与Selector一起使用时，Channel必须处于非阻塞模式下。这意味着不能将FileChannel与Selector一起使用，因为FileChannel不能切换到非阻塞模式。而套接字通道都可以。

注意register()方法的第二个参数。这是一个“interest set”，意思是在通过Selector监听Channel时对什么事件感兴趣。可以监听四种不同类型的事件：

1. Connect
2. Accept
3. Read
4. Write

通道触发了一个事件意思是该事件已经就绪。所以，某个channel成功连接到另一个服务器称为“连接就绪”。一个server socket channel准备好接收新进入的连接称为“接收就绪”。一个有数据可读的通道可以说是“读就绪”。等待写数据的通道可以说是“写就绪”。

这四种事件用SelectionKey的四个常量来表示：

1. SelectionKey.OP_CONNECT
2. SelectionKey.OP_ACCEPT
3. SelectionKey.OP_READ
4. SelectionKey.OP_WRITE

如果你对不止一种事件感兴趣，那么可以用“位或”操作符将常量连接起来，如下：

int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;

在下面还会继续提到interest set。

SelectionKey

在上一小节中，当向Selector注册Channel时，register()方法会返回一个SelectionKey对象。这个对象包含了一些你感兴趣的属性：

• The interest set
• The ready set
• The Channel
• The Selector
• An attached object（附加的对象） (optional)

I’ll describe these properties below.

Interest Set

就像Registering Channels with the Selector一节中所描述的，interest set是你所选择的感兴趣的事件集合。可以通过SelectionKey读写interest set，像这样：

int interestSet = selectionKey.interestOps();

boolean isInterestedInAccept  = interestSet & SelectionKey.OP_ACCEPT;
boolean isInterestedInConnect = interestSet & SelectionKey.OP_CONNECT;
boolean isInterestedInRead    = interestSet & SelectionKey.OP_READ;
boolean isInterestedInWrite   = interestSet & SelectionKey.OP_WRITE;   

可以看到，用“&”操作interest set和给定的SelectionKey常量，可以确定某个确定的事件是否在interest set中。

Ready Set

ready set是通道已经准备就绪的操作的集合。在一次选择(Selection)之后，你会首先访问这个ready set。Selection将在下一小节进行解释。可以这样访问ready集合：

int readySet = selectionKey.readyOps();

可以用像检测interest集合那样的方法，来检测channel中什么事件或操作已经就绪。但是，也可以使用以下四个方法，它们都会返回一个布尔类型：

selectionKey.isAcceptable();
selectionKey.isConnectable();
selectionKey.isReadable();
selectionKey.isWritable();

Channel + Selector

从SelectionKey访问Channel和Selector很简单。如下：

Channel  channel  = selectionKey.channel();

Selector selector = selectionKey.selector();   

Attaching Objects

可以将一个对象或者更多信息附着到SelectionKey上，这样就能方便的识别某个给定的通道。例如，可以附加 与通道一起使用的Buffer，或是包含聚集数据的某个对象。使用方法如下：

selectionKey.attach(theObject);

Object attachedObj = selectionKey.attachment();

还可以在用register()方法向Selector注册Channel的时候附加对象。如：

SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, theObject);

Selecting Channels via a Selector

一旦向Selector注册了一或多个通道，就可以调用几个重载的select()方法。这些方法返回你所感兴趣的事件（如连接、接受、读或写）已经准备就绪的那些通道。换句话说，如果你对“读就绪”的通道感兴趣，select()方法会返回读事件已经就绪的那些通道。

下面是select()方法：

• int select()
• int select(long timeout)
• int selectNow()

select()阻塞到至少有一个通道在你注册的事件上就绪了。

select(long timeout)和select()一样，除了最长会阻塞timeout毫秒(参数)。

selectNow()不会阻塞，不管什么通道就绪都立刻返回（此方法执行非阻塞的选择操作。如果自从前一次选择操作后，没有通道变成可选择的，则此方法直接返回零。）

select()方法返回的int值表示有多少通道已经就绪。亦即，自上次调用select()方法后有多少通道变成就绪状态。如果调用select()方法，因为有一个通道变成就绪状态，返回了1，若再次调用select()方法，如果另一个通道就绪了，它会再次返回1。如果对第一个就绪的channel没有做任何操作，现在就有两个就绪的通道，但在每次select()方法调用之间，只有一个通道就绪了。

selectedKeys()

一旦调用了select()方法，并且返回值表明有一个或更多个通道就绪了，然后可以通过调用selector的selectedKeys()方法，访问“已选择键集（selected key set）”中的就绪通道。如下所示：

Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys(); 

当像Selector注册Channel时，Channel.register()方法会返回一个SelectionKey 对象。这个对象代表了注册到该Selector的通道。可以通过SelectionKey的selectedKeySet()方法访问这些对象。

可以遍历这个已选择的键集合来访问就绪的通道。如下：

Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();

Iterator<SelectionKey> keyIterator = selectedKeys.iterator();

while(keyIterator.hasNext()) {
    
    SelectionKey key = keyIterator.next();

    if(key.isAcceptable()) {
        // a connection was accepted by a ServerSocketChannel.

    } else if (key.isConnectable()) {
        // a connection was established with a remote server.

    } else if (key.isReadable()) {
        // a channel is ready for reading

    } else if (key.isWritable()) {
        // a channel is ready for writing
    }

    keyIterator.remove();
}

这个循环遍历已选择键集中的每个键，并检测各个键所对应的通道的就绪事件。

注意每次迭代末尾的keyIterator.remove()调用。Selector不会自己从已选择键集中移除SelectionKey实例。必须在处理完通道时自己移除。下次该通道变成就绪时，Selector会再次将其放入已选择键集中。

SelectionKey.channel()方法返回的通道需要转型成你要处理的类型，如ServerSocketChannel或SocketChannel等。

wakeUp()

某个线程调用select()方法后阻塞了，即使没有通道已经就绪，也有办法让其从select()方法返回。只要让其它线程在第一个线程调用select()方法的那个对象上调用Selector.wakeup()方法即可。阻塞在select()方法上的线程会立马返回。

如果有其它线程调用了wakeup()方法，但当前没有线程阻塞在select()方法上，下个调用select()方法的线程会立即“醒来（wake up）”。

close()

用完Selector后调用其close()方法会关闭该Selector，且使注册到该Selector上的所有SelectionKey实例无效。通道本身并不会关闭。

Full Selector Example

这里有一个完整的示例，打开一个Selector，注册一个通道注册到这个Selector上(通道的初始化过程略去),然后持续监控这个Selector的四种事件（接受，连接，读，写）是否就绪。

Selector selector = Selector.open();

channel.configureBlocking(false);

SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

while(true) {

  int readyChannels = selector.selectNow();

  if(readyChannels == 0) continue;

  Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();

  Iterator<SelectionKey> keyIterator = selectedKeys.iterator();

  while(keyIterator.hasNext()) {

    SelectionKey key = keyIterator.next();

    if(key.isAcceptable()) {
        // a connection was accepted by a ServerSocketChannel.
    } else if (key.isConnectable()) {
        // a connection was established with a remote server.
    } else if (key.isReadable()) {
        // a channel is ready for reading
    } else if (key.isWritable()) {
        // a channel is ready for writing
    }

    keyIterator.remove();
  }
}

8.Java NIO FileChannel

Java NIO中的FileChannel是一个连接到文件的通道。可以通过文件通道读写文件。

FileChannel无法设置为非阻塞模式，它总是运行在阻塞模式下。

Opening a FileChannel

在使用FileChannel之前，必须先打开它。但是，我们无法直接打开一个FileChannel，需要通过使用一个InputStream、OutputStream或RandomAccessFile来获取一个FileChannel实例。下面是通过RandomAccessFile打开FileChannel的示例：

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

Reading Data from a FileChannel

调用多个read()方法之一从FileChannel中读取数据。如：

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

int bytesRead = inChannel.read(buf);

首先，分配一个Buffer。从FileChannel中读取的数据将被读到Buffer中。

然后，调用FileChannel.read()方法。该方法将数据从FileChannel读取到Buffer中。read()方法返回的int值表示了有多少字节被读到了Buffer中。如果返回-1，表示到了文件末尾。

Writing Data to a FileChannel

使用FileChannel.write()方法向FileChannel写数据，该方法的参数是一个Buffer。如：

String newData = "New String to write to file..." + System.currentTimeMillis();

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
buf.clear();
buf.put(newData.getBytes());

buf.flip();

while(buf.hasRemaining()) {
    channel.write(buf);
}

注意FileChannel.write()是在while循环中调用的。因为无法保证write()方法一次能向FileChannel写入多少字节，因此需要重复调用write()方法，直到Buffer中已经没有尚未写入通道的字节。

Closing a FileChannel

When you are done using a FileChannel you must close it. Here is how that is done:

channel.close();

FileChannel Position

有时可能需要在FileChannel的某个特定位置进行数据的读/写操作。可以通过调用position()方法获取FileChannel的当前位置。

也可以通过调用position(long pos)方法设置FileChannel的当前位置。

Here are two examples:

long pos channel.position();

channel.position(pos +123);

如果将位置设置在文件结束符之后，然后试图从文件通道中读取数据，读方法将返回-1 —— 文件结束标志。

如果将位置设置在文件结束符之后，然后向通道中写数据，文件将撑大到当前位置并写入数据。这可能导致“文件空洞”，磁盘上物理文件中写入的数据间有空隙。

FileChannel Size

FileChannel实例的size()方法将返回该实例所关联文件的大小。如:

long fileSize = channel.size(); 

FileChannel Truncate

可以使用FileChannel.truncate()方法截取一个文件。截取文件时，文件将中指定长度后面的部分将被删除。如：

channel.truncate(1024);

这个例子截取文件的前1024个字节。

FileChannel Force

FileChannel.force()方法将通道里尚未写入磁盘的数据强制写到磁盘上。出于性能方面的考虑，操作系统会将数据缓存在内存中，所以无法保证写入到FileChannel里的数据一定会即时写到磁盘上。要保证这一点，需要调用force()方法。

force()方法有一个boolean类型的参数，指明是否同时将文件元数据（权限信息等）写到磁盘上。

下面的例子同时将文件数据和元数据强制写到磁盘上：

channel.force(true);

9.Java NIO SocketChannel

Java NIO中的SocketChannel是一个连接到TCP网络套接字的通道。可以通过以下2种方式创建SocketChannel：

1. 打开一个SocketChannel并连接到互联网上的某台服务器。
2. 一个新连接到达ServerSocketChannel时，会创建一个SocketChannel。

Opening a SocketChannel

Here is how you open a SocketChannel:

SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
socketChannel.connect(new InetSocketAddress("http://jenkov.com", 80));

Closing a SocketChannel

You close a SocketChannel after use by calling the SocketChannel.close() method. Here is how that is done:

socketChannel.close();

Reading from a SocketChannel

To read data from a SocketChannel you call one of the read() methods. Here is an example:

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

int bytesRead = socketChannel.read(buf);

首先，分配一个Buffer。从SocketChannel读取到的数据将会放到这个Buffer中。

然后，调用SocketChannel.read()。该方法将数据从SocketChannel 读到Buffer中。read()方法返回的int值表示读了多少字节进Buffer里。如果返回的是-1，表示已经读到了流的末尾（连接关闭了）。

Writing to a SocketChannel

写数据到SocketChannel用的是SocketChannel.write()方法，该方法以一个Buffer作为参数。示例如下：

String newData = "New String to write to file..." + System.currentTimeMillis();

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
buf.clear();
buf.put(newData.getBytes());

buf.flip();

while(buf.hasRemaining()) {
    channel.write(buf);
}

注意SocketChannel.write()方法的调用是在一个while循环中的。Write()方法无法保证能写多少字节到SocketChannel。所以，我们重复调用write()直到Buffer没有要写的字节为止。

Non-blocking Mode

可以设置 SocketChannel 为非阻塞模式（non-blocking mode）.设置之后，就可以在异步模式下调用connect(), read() 和write()了。

connect()

如果SocketChannel在非阻塞模式下，此时调用connect()，该方法可能在连接建立之前就返回了。为了确定连接是否建立，可以调用finishConnect()的方法。像这样：

socketChannel.configureBlocking(false);
socketChannel.connect(new InetSocketAddress("http://jenkov.com", 80));

while(! socketChannel.finishConnect() ){
    //wait, or do something else...    
}

write()

非阻塞模式下，write()方法在尚未写出任何内容时可能就返回了。所以需要在循环中调用write()。前面已经有例子了，这里就不赘述了。

read()

非阻塞模式下,read()方法在尚未读取到任何数据时可能就返回了。所以需要关注它的int返回值，它会告诉你读取了多少字节。

Non-blocking Mode with Selectors

非阻塞模式与选择器搭配会工作的更好，通过将一或多个SocketChannel注册到Selector，可以询问选择器哪个通道已经准备好了读取，写入等。Selector与SocketChannel的搭配使用会在后面详讲。

10.Java NIO ServerSocketChannel

Java NIO中的 ServerSocketChannel 是一个可以监听新进来的TCP连接的通道, 就像标准IO中的ServerSocket一样。ServerSocketChannel类在 java.nio.channels包中。

Here is an example:

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();

serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));

while(true){
    SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();

    //do something with socketChannel...
}

Opening a ServerSocketChannel

通过调用 ServerSocketChannel.open() 方法来打开ServerSocketChannel.如：

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();

Closing a ServerSocketChannel

通过调用ServerSocketChannel.close() 方法来关闭ServerSocketChannel. 如：

serverSocketChannel.close(); 

Listening for Incoming Connections

通过 ServerSocketChannel.accept() 方法监听新进来的连接。当 accept()方法返回的时候,它返回一个包含新进来的连接的 SocketChannel。因此, accept()方法会一直阻塞到有新连接到达。

while(true){
    SocketChannel socketChannel =
            serverSocketChannel.accept();

    //do something with socketChannel...
}

当然,也可以在while循环中使用除了true以外的其它退出准则。

Non-blocking Mode

ServerSocketChannel可以设置成非阻塞模式。在非阻塞模式下，accept() 方法会立刻返回，如果还没有新进来的连接,返回的将是null。 因此，需要检查返回的SocketChannel是否是null.如：

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();

serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));
serverSocketChannel.configureBlocking(false);

while(true){
    SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();

    if(socketChannel != null){
        //do something with socketChannel...
    }
}

11.Non-blocking Server

12.Java NIO DatagramChannel

Java NIO中的DatagramChannel是一个能收发UDP包的通道。因为UDP是无连接的网络协议，所以不能像其它通道那样读取和写入。它发送和接收的是数据包。

Opening a DatagramChannel

Here is how you open a DatagramChannel:

DatagramChannel channel = DatagramChannel.open();
channel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));

这个例子打开的 DatagramChannel可以在UDP端口9999上接收数据包。

Receiving Data

You receive data from a DatagramChannel by calling its receive() method, like this:

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
buf.clear();

channel.receive(buf);

receive()方法会将接收到的数据包内容复制到指定的Buffer. 如果Buffer容不下收到的数据，多出的数据将被丢弃。

Sending Data

You can send data via a DatagramChannel by calling its send() method, like this:

String newData = "New String to write to file..." + System.currentTimeMillis();

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
buf.clear();
buf.put(newData.getBytes());
buf.flip();

int bytesSent = channel.send(buf, new InetSocketAddress("jenkov.com", 80));

这个例子发送一串字符到”jenkov.com”服务器的UDP端口80。 因为服务端并没有监控这个端口，所以什么也不会发生。也不会通知你发出的数据包是否已收到，因为UDP在数据传送方面没有任何保证。

Connecting to a Specific Address

可以将DatagramChannel“连接”到网络中的特定地址的。由于UDP是无连接的，连接到特定地址并不会像TCP通道那样创建一个真正的连接。而是锁住DatagramChannel ，让其只能从特定地址收发数据。

Here is an example:

channel.connect(new InetSocketAddress("jenkov.com", 80));

当连接后，也可以使用read()和write()方法，就像在用传统的通道一样。只是在数据传送方面没有任何保证。这里有几个例子：

int bytesRead = channel.read(buf);
int bytesWritten = channel.write(buf);

13.Java NIO Pipe

Java NIO 管道是2个线程之间的单向数据连接。Pipe有一个source通道和一个sink通道。数据会被写到sink通道，从source通道读取。
这里是Pipe原理的图示：

Java NIO: Pipe Internals

Creating a Pipe

You open a Pipe by calling the Pipe.open() method. Here is how that looks:

Pipe pipe = Pipe.open();

Writing to a Pipe

To write to a Pipe you need to access the sink channel. Here is how that is done:

Pipe.SinkChannel sinkChannel = pipe.sink();

You write to a SinkChannel by calling it’s write() method, like this:

String newData = "New String to write to file..." + System.currentTimeMillis();

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
buf.clear();
buf.put(newData.getBytes());

buf.flip();

while(buf.hasRemaining()) {
    sinkChannel.write(buf);
}

Reading from a Pipe

To read from a Pipe you need to access the source channel. Here is how that is done:

Pipe.SourceChannel sourceChannel = pipe.source();

To read from the source channel you call its read() method like this:

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

int bytesRead = inChannel.read(buf);

The int returned by the read() method tells how many bytes were read into the buffer.

14.Java NIO vs. IO

当学习了Java NIO和IO的API后，一个问题马上涌入脑海：

我应该何时使用IO，何时使用NIO呢？在本文中，我会尽量清晰地解析Java NIO和IO的差异、它们的使用场景，以及它们如何影响您的代码设计。

Main Differences Betwen Java NIO and IO

下表总结了Java NIO和IO之间的主要差别，我会更详细地描述表中每部分的差异。

NIO	IO
Buffer oriented	Stream oriented
Non blocking IO	Blocking IO
Selectors

Stream Oriented vs. Buffer Oriented

Java NIO和IO之间第一个最大的区别是，IO是面向流的，NIO是面向缓冲区的。

Java IO面向流意味着每次从流中读一个或多个字节，直至读取所有字节，它们没有被缓存在任何地方。此外，它不能前后移动流中的数据。如果需要前后移动从流中读取的数据，需要先将它缓存到一个缓冲区。

Java NIO的缓冲导向方法略有不同。数据读取到一个它稍后处理的缓冲区，需要时可在缓冲区中前后移动。这就增加了处理过程中的灵活性。但是，还需要检查是否该缓冲区中包含所有您需要处理的数据。而且，需确保当更多的数据读入缓冲区时，不要覆盖缓冲区里尚未处理的数据。

Blocking vs. Non-blocking IO

Java IO的各种流是阻塞的。这意味着，当一个线程调用read() 或 write()时，该线程被阻塞，直到有一些数据被读取，或数据完全写入。该线程在此期间不能再干任何事情了。

Java NIO的非阻塞模式，使一个线程从某通道发送请求读取数据，但是它仅能得到目前可用的数据，如果目前没有数据可用时，就什么都不会获取。而不是保持线程阻塞，所以直至数据变的可以读取之前，该线程可以继续做其他的事情。

非阻塞写也是如此。一个线程请求写入一些数据到某通道，但不需要等待它完全写入，这个线程同时可以去做别的事情。

线程通常将非阻塞IO的空闲时间用于在其它通道上执行IO操作，所以一个单独的线程现在可以管理多个输入和输出通道（channel）。

Selectors

Java NIO的选择器允许一个单独的线程来监视多个输入通道，你可以注册多个通道使用一个选择器，然后使用一个单独的线程来“选择”通道：这些通道里已经有可以处理的输入，或者选择已准备写入的通道。这种选择机制，使得一个单独的线程很容易来管理多个通道。

How NIO and IO Influences Application Design

无论您选择IO或NIO工具箱，可能会影响您应用程序设计的以下几个方面：

1. 对NIO或IO类的API调用。
2. 数据处理。
3. 用来处理数据的线程数。

The API Calls

当然，使用NIO的API调用时看起来与使用IO时有所不同，但这并不意外，因为并不是仅从一个InputStream逐字节读取，而是数据必须先读入缓冲区再处理。

The Processing of Data

使用纯粹的NIO设计相较IO设计，数据处理也受到影响。

在IO设计中，我们从InputStream或 Reader逐字节读取数据。假设你正在处理一基于行的文本数据流，例如：

Name: Anna
Age: 25
Email: [email protected]
Phone: [phone]

该文本行的流可以这样处理：

InputStream input = ... ; // get the InputStream from the client socket

BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(input));

String nameLine   = reader.readLine();
String ageLine    = reader.readLine();
String emailLine  = reader.readLine();
String phoneLine  = reader.readLine();

请注意处理状态由程序执行多久决定。换句话说，一旦reader.readLine()方法返回，你就知道肯定文本行就已读完， readline()阻塞直到整行读完，这就是原因。你也知道此行包含名称；同样，第二个readline()调用返回的时候，你知道这行包含年龄等。 正如你可以看到，该处理程序仅在有新数据读入时运行，并知道每步的数据是什么。一旦正在运行的线程已处理过读入的某些数据，该线程不会再回退数据（大多如此）。下图也说明了这条原则：

Java IO: Reading data from a blocking stream.

A NIO implementation would look different. Here is a simplified example:

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);

int bytesRead = inChannel.read(buffer);

注意第二行，从通道读取字节到ByteBuffer。当这个方法调用返回时，你不知道你所需的所有数据是否在缓冲区内。你所知道的是，该缓冲区包含一些字节，这使得处理有点困难。
假设第一次 read(buffer)调用后，读入缓冲区的数据只有半行，例如，“Name:An”，你能处理数据吗？显然不能，需要等待，直到整行数据读入缓存，在此之前，对数据的任何处理毫无意义。

所以，你怎么知道是否该缓冲区包含足够的数据可以处理呢？好了，你不知道。发现的方法只能查看缓冲区中的数据。其结果是，在你知道所有数据都在缓冲区里之前，你必须检查几次缓冲区的数据。这不仅效率低下，而且可以使程序设计方案杂乱不堪。例如：

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);

int bytesRead = inChannel.read(buffer);

while(! bufferFull(bytesRead) ) {
    bytesRead = inChannel.read(buffer);
}

bufferFull()方法必须跟踪有多少数据读入缓冲区，并返回真或假，这取决于缓冲区是否已满。换句话说，如果缓冲区准备好被处理，那么表示缓冲区满了。

bufferFull（）方法扫描缓冲区，但必须使缓冲区保持与调用bufferFull（）方法之前相同的状态。否则，下一个读入缓冲区的数据可能不会在正确的位置读入。这并非不可能，但这是另一个需要注意的问题。

如果缓冲区已满，它可以被处理。如果它不满，并且在你的实际案例中有意义，你或许能处理其中的部分数据。但是许多情况下并非如此。下图展示了“缓冲区数据循环就绪”：

Java NIO: Reading data from a channel until all needed data is in buffer

Summary

NIO可让您只使用一个（或几个）单线程管理多个通道（网络连接或文件），但付出的代价是解析数据可能会比从一个阻塞流中读取数据更复杂。

如果需要管理同时打开的成千上万个连接，这些连接每次只是发送少量的数据，例如聊天服务器，实现NIO的服务器可能是一个优势。同样，如果你需要维持许多打开的连接到其他计算机上，如P2P网络中，使用一个单独的线程来管理你所有出站连接，可能是一个优势。一个线程多个连接的设计方案如下图所示：

Java NIO: A single thread managing multiple connections.

如果你有少量的连接使用非常高的带宽，一次发送大量的数据，也许典型的IO服务器实现可能非常契合。下图说明了一个典型的IO服务器设计：

Java IO: A classic IO server design - one connection handled by one thread.

15.Java NIO Path

Java Path接口是Java NIO 2更新的一部分，Java NIO在Java 6和Java 7中接收到了这个更新。

Java Path接口被添加到Java 7中的Java NIO中。Path接口位于java.nio.file包中，因此java Path接口的完全限定名是java.nio.file.Path。

Java Path实例实例表示文件系统中的路径。路径可以指向文件或目录。路径可以是绝对路径，也可以是相对路径。绝对路径包含从文件系统根目录到它指向的文件或目录的完整路径。相对路径包含文件或目录相对于其他路径的路径。相对路径听起来可能有点混乱（confusing）。别担心。我将在本Java NIO Path教程的后面更详细地解释相对路径。

在某些操作系统中，不要将文件系统路径与path环境变量混淆。java.nio.file.Path接口与Path环境变量无关。

在许多方面，java.nio.file.Path接口与java.io.file类类似，但有一些细微的区别。不过，在许多情况下，可以使用Path接口来替换File类的使用。

Creating a Path Instance

要使用java.nio.file.Path实例，必须创建Path实例。使用名为Paths的类（java.nio.file.Paths）中的静态方法Paths.get（）创建Paths实例。下面是一个Java path.get（）示例：

import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.Paths;

public class PathExample {

    public static void main(String[] args) {

        Path path = Paths.get("c:\\data\\myfile.txt");

    }
}

Notice the two import statements at the top of the example. To use the Path interface and the Paths class we must first import them.

其次，注意Paths.get（“c:\\data\\myfile.txt”）方法调用。创建路径实例的是对Paths.get（）方法的调用。换句话说，Path.get（）方法是路径实例的工厂方法。

Creating an Absolute Path

创建绝对路径是通过调用Paths.get（）factory方法完成的，该方法使用绝对文件作为参数。下面是创建表示绝对路径的路径实例的示例：

Path path = Paths.get("c:\\data\\myfile.txt");

绝对路径是c:\\ data\\myfile.txt。在Java字符串中，\\是必需的，因为\是转义字符，这意味着下面的字符告诉字符串中这个位置真正要定位的字符。通过编写，告诉Java编译器在字符串中写入一个字符。
上面的路径是Windows文件系统路径。在Unix系统（Linux、MacOS、FreeBSD等）上，上述绝对路径可能如下所示：

Path path = Paths.get("/home/jakobjenkov/myfile.txt");

绝对路径现在是/home/jakobjenkov/myfile.txt。
如果在Windows计算机上使用此类路径（以/开头的路径），则该路径将被解释为相对于当前驱动器。例如，路径

/home/jakobjenkov/myfile.txt

可能被解释为位于C驱动器上。然后路径将对应于此完整路径：

C:/home/jakobjenkov/myfile.txt

Creating a Relative Path

相对路径是指从一个路径（基本路径）指向一个目录或文件的路径。相对路径的完整路径（绝对路径）是通过将基路径与相对路径组合而得到的。
Java NIO Path 类也可以用于处理相对路径。使用Paths.get（basePath，relativePath）方法创建相对路径。以下是Java中的两个相对路径示例：

Path projects = Paths.get("d:\\data", "projects");

Path file     = Paths.get("d:\\data","projects\\a-project\\myfile.txt");

第一个示例创建一个Java路径实例，该实例指向路径（目录）d:\\ data\\projects。第二个示例创建一个路径实例，该实例指向路径（文件）d:\\data\\projects\a-project\\myfile.txt。
使用相对路径时，可以在路径字符串内使用两个特殊代码。这些代码是：

.
..

这个 .代码表示“当前目录”。例如，如果创建如下相对路径：

Path currentDir = Paths.get(".");
System.out.println(currentDir.toAbsolutePath());

Path.normalize()

Path接口的normalize（）方法可以规范化路径。规范化意味着它删除所有的.还有..在路径字符串中间编码，并解析路径字符串引用的路径。下面是一个Java Path.normalize（）示例：

String originalPath ="d:\\data\\projects\\a-project\\..\\another-project";

Path path1 = Paths.get(originalPath);
System.out.println("path1 = " + path1);

Path path2 = path1.normalize();
System.out.println("path2 = " + path2);

此Path示例首先创建带有..的路径字符串在中间。然后，该示例从该路径字符串创建一个Path实例，并输出该Path实例（实际上它输出Path.toString（））。

然后，该示例对创建的Path实例调用normalize（），该实例将返回一个新的Path实例。这个新的、规范化的Path实例也会被打印出来。
以下是从上述示例打印的输出：

path1 = d:\data\projects\a-project\..\another-project
path2 = d:\data\projects\another-project

如您所见，规范化路径不包含a-project\..部分，因为这是多余的。删除的部分不会向最终绝对路径添加任何内容。

16.Java NIO Files

Java NIO Files类（java.nio.file.Files）提供了几种在文件系统中操作文件的方法。本Java NIO文件教程将介绍这些方法中最常用的方法。Files类包含许多方法，因此如果需要这里没有描述的方法，可以查看JavaDoc。

java.nio.file.Files类与java.nio.file.Path实例一起工作，因此在使用Files类之前，您需要了解Path类。

Files.exists()

The Files.exists() method checks if a given Path exists in the file system.

Path path = Paths.get("data/logging.properties");

boolean pathExists =
        Files.exists(path,
            new LinkOption[]{ LinkOption.NOFOLLOW_LINKS});

Files.createDirectory()

The Files.createDirectory() method creates a new directory from a Path instance.

Path path = Paths.get("data/subdir");

try {
    Path newDir = Files.createDirectory(path);
} catch(FileAlreadyExistsException e){
    // the directory already exists.
} catch (IOException e) {
    //something else went wrong
    e.printStackTrace();
}

Files.copy()

The Files.copy() method copies a file from one path to another.

Path sourcePath      = Paths.get("data/logging.properties");
Path destinationPath = Paths.get("data/logging-copy.properties");

try {
    Files.copy(sourcePath, destinationPath);
} catch(FileAlreadyExistsException e) {
    //destination file already exists
} catch (IOException e) {
    //something else went wrong
    e.printStackTrace();
}

Overwriting Existing Files

It is possible to force the Files.copy() to overwrite an existing file.

Path sourcePath      = Paths.get("data/logging.properties");
Path destinationPath = Paths.get("data/logging-copy.properties");

try {
    Files.copy(sourcePath, destinationPath,
            StandardCopyOption.REPLACE_EXISTING);
} catch(FileAlreadyExistsException e) {
    //destination file already exists
} catch (IOException e) {
    //something else went wrong
    e.printStackTrace();
}

Files.move()

Java NIO文件类还包含一个用于将文件从一个路径移动到另一个路径的函数。移动文件和重命名文件是一样的，只是移动文件既可以将其移动到不同的目录，也可以在同一操作中更改其名称。是的，java.io.File类也可以使用其renameTo（）方法来实现这一点，但是现在在java.nio.File.Files类中也有了文件移动功能。

Path sourcePath      = Paths.get("data/logging-copy.properties");
Path destinationPath = Paths.get("data/subdir/logging-moved.properties");

try {
    Files.move(sourcePath, destinationPath,
            StandardCopyOption.REPLACE_EXISTING);
} catch (IOException e) {
    //moving file failed.
    e.printStackTrace();
}

Files.delete()

The Files.delete() method can delete a file or directory.

Path path = Paths.get("data/subdir/logging-moved.properties");

try {
    Files.delete(path);
} catch (IOException e) {
    //deleting file failed
    e.printStackTrace();
}

Files.walkFileTree()

Files.walkFileTree()方法包含递归(recursively)遍历目录树的功能。walkFileTree（）方法接受一个Path实例和一个FileVisitor作为参数。路径实例指向要遍历的目录。在遍历期间调用FileVisitor。

public interface FileVisitor {

    public FileVisitResult preVisitDirectory(
        Path dir, BasicFileAttributes attrs) throws IOException;

    public FileVisitResult visitFile(
        Path file, BasicFileAttributes attrs) throws IOException;

    public FileVisitResult visitFileFailed(
        Path file, IOException exc) throws IOException;

    public FileVisitResult postVisitDirectory(
        Path dir, IOException exc) throws IOException {

}

您必须自己实现FileVisitor接口，并将实现的实例传递给walkFileTree（）方法。在目录遍历期间，FileVisitor实现的每个方法都将在不同的时间被调用。如果不需要hook into所有这些方法，可以扩展SimpleFileVisitor类，该类包含FileVisitor接口中所有方法的默认实现。

Files.walkFileTree(path, new FileVisitor<Path>() {
  @Override
  public FileVisitResult preVisitDirectory(Path dir, BasicFileAttributes attrs) throws IOException {
    System.out.println("pre visit dir:" + dir);
    return FileVisitResult.CONTINUE;
  }

  @Override
  public FileVisitResult visitFile(Path file, BasicFileAttributes attrs) throws IOException {
    System.out.println("visit file: " + file);
    return FileVisitResult.CONTINUE;
  }

  @Override
  public FileVisitResult visitFileFailed(Path file, IOException exc) throws IOException {
    System.out.println("visit file failed: " + file);
    return FileVisitResult.CONTINUE;
  }

  @Override
  public FileVisitResult postVisitDirectory(Path dir, IOException exc) throws IOException {
    System.out.println("post visit directory: " + dir);
    return FileVisitResult.CONTINUE;
  }
});

在遍历期间，在不同的时间调用FileVisitor实现中的每个方法：

preVisitDirectory（）方法是在访问任何目录之前调用的。postVisitDirectory（）方法是在访问目录之后调用的。

在文件遍历期间，将为访问的每个文件调用visitFile（）方法。它仅文件调用目录不会调用。如果访问文件失败，则调用visitFileFailed（）方法。例如，如果您没有正确的权限，或者发生了其他问题。

四个方法中的每一个都返回一个FileVisitResult枚举实例。FileVisitResult枚举包含以下四个选项：

• CONTINUE
• TERMINATE
• SKIP_SIBLINGS
• SKIP_SUBTREE

通过返回其中一个值，被调用的方法可以决定如何继续文件遍历。

CONTINUE：意味着文件遍历应继续正常进行。
TERMINATE：意味着文件遍历现在应该终止。
SKIP_SIBLINGS：意味着文件遍历应继续，但不访问此文件或目录的任何同级。
SKIP_SUBTREE：表示文件遍历应该继续，但不访问此目录中的条目。此值只有在从preVisitDirectory（）返回时才具有函数。如果从任何其他方法返回，它将被解释为CONTINUE。

Searching For Files

Here is a walkFileTree() that extends SimpleFileVisitor to look for a file named README.txt :

Path rootPath = Paths.get("data");
String fileToFind = File.separator + "README.txt";

try {
  Files.walkFileTree(rootPath, new SimpleFileVisitor<Path>() {
    
    @Override
    public FileVisitResult visitFile(Path file, BasicFileAttributes attrs) throws IOException {
      String fileString = file.toAbsolutePath().toString();
      //System.out.println("pathString = " + fileString);

      if(fileString.endsWith(fileToFind)){
        System.out.println("file found at path: " + file.toAbsolutePath());
        return FileVisitResult.TERMINATE;
      }
      return FileVisitResult.CONTINUE;
    }
  });
} catch(IOException e){
    e.printStackTrace();
}

Deleting Directories Recursively

Files.walkFileTree（）还可用于删除包含所有文件和子目录的目录。Files.delete（）方法仅在目录为空时删除该目录。通过遍历所有目录并删除每个目录中的所有文件（在visitFile（）中），然后删除目录本身（在postVisitDirectory（）中），可以删除包含所有子目录和文件的目录。

Path rootPath = Paths.get("data/to-delete");

try {
  Files.walkFileTree(rootPath, new SimpleFileVisitor<Path>() {
    @Override
    public FileVisitResult visitFile(Path file, BasicFileAttributes attrs) throws IOException {
      System.out.println("delete file: " + file.toString());
      Files.delete(file);
      return FileVisitResult.CONTINUE;
    }

    @Override
    public FileVisitResult postVisitDirectory(Path dir, IOException exc) throws IOException {
      Files.delete(dir);
      System.out.println("delete dir: " + dir.toString());
      return FileVisitResult.CONTINUE;
    }
  });
} catch(IOException e){
  e.printStackTrace();
}

Additional Methods in the Files Class

java.nio.file.Files类包含许多其他有用的函数，例如用于创建符号链接、确定文件大小、设置文件权限等的函数。有关这些方法的更多信息，请查看java.nio.file.Files类的JavaDoc。

17.Java NIO AsynchronousFileChannel

在Java 7中，异步文件通道被添加到Java NIO中。AsynchronousFileChannel使异步读取数据和将数据写入文件成为可能。本教程将解释如何使用AsynchronousFileChannel。

Creating an AsynchronousFileChannel

You create an AsynchronousFileChannel via its static method open(). Here is an example of creating an AsynchronousFileChannel:

Path path = Paths.get("data/test.xml");

AsynchronousFileChannel fileChannel =
   AsynchronousFileChannel.open(path, StandardOpenOption.READ);

open（）方法的第一个参数是指向AsynchronousFileChannel要关联的文件的路径实例。

第二个参数是一个或多个打开选项，告诉AsynchronousFileChannel要对基础文件执行哪些操作。在本例中，我们使用StandardOpenOption.READ，这意味着将打开文件进行读取。

Reading Data

可以通过两种方式从异步文件通道读取数据。每种读取数据的方法都调用AsynchronousFileChannel的read（）方法之一。以下各节将介绍两种读取数据的方法。

Reading Data Via a Future

从AsynchronousFileChannel读取数据的第一种方法是调用返回Future的read（）方法。下面是调用read（）方法的方式：

Future<Integer> operation = fileChannel.read(buffer, 0);

此版本的read（）方法将ByteBuffer作为第一个参数。从AsynchronousFileChannel读取的数据将被tebuffer读入此。第二个参数是文件中开始读取的字节位置。

read（）方法立即返回，即使读取操作尚未完成。通过调用read（）方法返回的Future实例的isDone（）方法，可以检查读取操作何时完成。

AsynchronousFileChannel fileChannel = 
    AsynchronousFileChannel.open(path, StandardOpenOption.READ);

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
long position = 0;

Future<Integer> operation = fileChannel.read(buffer, position);

while(!operation.isDone());

buffer.flip();
byte[] data = new byte[buffer.limit()];
buffer.get(data);
System.out.println(new String(data));
buffer.clear();

本例创建一个AsynchronousFileChannel，然后创建一个ByteBuffer，该ByteBuffer作为参数传递给read（）方法，其位置为0。调用read（）之后，示例循环，直到返回的Future的isDone（）方法返回true。当然，这不是一个非常有效的CPU使用-但不知何故，你需要等到读操作完成。

读取操作完成后，将数据读入ByteBuffer，然后读入字符串并打印到System.out。

Reading Data Via a CompletionHandler

从AsynchronousFileChannel读取数据的第二种方法是调用以CompletionHandler作为参数的read（）方法版本。下面是如何调用此read（）方法：

fileChannel.read(buffer, position, buffer, new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {
    @Override
    public void completed(Integer result, ByteBuffer attachment) {
        System.out.println("result = " + result);

        attachment.flip();
        byte[] data = new byte[attachment.limit()];
        attachment.get(data);
        System.out.println(new String(data));
        attachment.clear();
    }

    @Override
    public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {

    }
});

读取操作完成后，将调用CompletionHandler的completed（）方法。当参数传递给completed（）方法时，会传递一个整数，告诉读取了多少字节，以及传递给read（）方法的“附件”。“attachment”是read（）方法的第三个参数。在本例中，数据也被读入ByteBuffer。您可以自由选择要附加的对象。

如果读取操作失败，将改为调用CompletionHandler的failed（）方法。

Writing Data

与读取一样，您可以用两种方式将数据写入异步文件通道。每种写入数据的方法都调用AsynchronousFileChannel的write（）方法之一。以下各节将介绍两种数据写入方法。

Writing Data Via a Future

AsynchronousFileChannel还允许您异步写入数据。下面是完整的Java AsynchronousFileChannel编写示例：

Path path = Paths.get("data/test-write.txt");
AsynchronousFileChannel fileChannel = 
    AsynchronousFileChannel.open(path, StandardOpenOption.WRITE);

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
long position = 0;

buffer.put("test data".getBytes());
buffer.flip();

Future<Integer> operation = fileChannel.write(buffer, position);
buffer.clear();

while(!operation.isDone());

System.out.println("Write done");

首先，异步文件通道以写模式打开。然后创建ByteBuffer并将一些数据写入其中。然后ByteBuffer中的数据被写入文件。最后，示例检查返回的Future以查看写入操作何时完成。

注意，该文件必须在该代码生效之前已经存在。如果文件不存在，Read（）方法将抛出java. NIO.FIL.NUUCHFILExeExchange。

You can make sure that the file the Path points to exists with the following code:

if(!Files.exists(path)){
    Files.createFile(path);
}

Writing Data Via a CompletionHandler

您还可以使用CompletionHandler将数据写入AsynchronousFileChannel，以告诉您何时完成写入而不是Future。下面是使用CompletionHandler将数据写入AsynchronousFileChannel的示例：

Path path = Paths.get("data/test-write.txt");
if(!Files.exists(path)){
    Files.createFile(path);
}
AsynchronousFileChannel fileChannel = 
    AsynchronousFileChannel.open(path, StandardOpenOption.WRITE);

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
long position = 0;

buffer.put("test data".getBytes());
buffer.flip();

fileChannel.write(buffer, position, buffer, new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {

    @Override
    public void completed(Integer result, ByteBuffer attachment) {
        System.out.println("bytes written: " + result);
    }

    @Override
    public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {
        System.out.println("Write failed");
        exc.printStackTrace();
    }
});

当写入操作完成时，将调用CompletionHandler的completed（）方法。如果由于某种原因写操作失败，将调用failed（）方法。
注意ByteBuffer是如何被用作附件的-传递给CompletionHandler方法的对象。