前面我们讲了操作系统的IO模型。而Java NIO并不是只包括IO模型，还包括了对模型的实现和优化。Java NIO是Java 1.4版加入的新特性，虽然Java技术日新月异，但历经10年，NIO依然为Java技术领域里最为重要的基础技术栈，而且依据现实的应用趋势，在可以预见的未来，它仍将继续在Java技术领域占据重要位置。这篇文章写的很好，搬运一下！

NIO 主要有三大核心部分：Channel(通道)，Buffer(缓冲区), Selector。传统 IO 基于字节流和字符流进行操作，而 NIO 基于 Channel 和 Buffer(缓冲区)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。Selector(选择区)用于监听多个通道的事件（比如：连接打开，数据到达）。因此，单个线程可以监听多个数据通道。

输入/输出：概念性描述

4.1 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。

在 Java 编程中，直到最近一直使用流的方式完成 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。

4.2 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。

4.3 流与块的比较

原来的 I/O 库(在 java.io.*中) 与 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。

面向流的 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。

一个面向块的 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。

4.4 集成的 I/O

在 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

5、通道和缓冲区

5.1 概述

通道和缓冲区是 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。在本节中，您会了解到 NIO 中通道和缓冲区是如何工作的。

5.2 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。在 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。

在 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。

5.3 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。

Buffer的子类会拥有一块内存，作为数据的读写缓冲区，但是读写缓冲区并没有定义

在Buffer基类，而是定义在具体的子类中。如ByteBuf子类就拥有一个byte[]类型的数组成员

final byte[] hb，作为自己的读写缓冲区，数组的元素类型与Buffer子类的操作类型相互对

应。

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（请从本文末的附件下载之），它包含了类型化的缓冲区的一个应用例子。

5.4 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。

5.5 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)，而通道可以用于读、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。

Channel和Stream的一个显著的不同是：Stream是单向的，譬如InputStream是单向的只

读流，OutputStream是单向的只写流；而Channel是双向的，既可以用来进行读操作，又可

以用来进行写操作。

NIO中的Channel的主要实现有：

1. FileChannel 用于文件IO操作

2.DatagramChannel 用于UDP的IO操作

3.SocketChannel 用于TCP的传输操作

4.ServerSocketChannel 用于TCP连接监听操作

IO事件

什么是IO事件呢？表示通道某种IO操作已经就绪、或者说已经做好了准备。例如，如

果一个新Channel链接建立成功了，就会在Server Socket Channel上发生一个IO事件，代表一

个新连接一个准备好，这个IO事件叫做“接收就绪”事件。再例如，一个Channel通道如果

有数据可读，就会发生一个IO事件，代表该连接数据已经准备好，这个IO事件叫做 “读就

绪”事件。

Java NIO将NIO事件进行了简化，只定义了四个事件，这四种事件用SelectionKey的四

个常量来表示：

⚫ SelectionKey.OP_CONNECT

⚫ SelectionKey.OP_ACCEPT

⚫ SelectionKey.OP_READ

⚫ SelectionKey.OP_WRITE

Selector选择器

Selector的本质，就是去查询

这些IO就绪事件，所以，它的名称就叫做 Selector查询者。

从编程实现维度来说，IO多路复用编程的第一步，是把通道注册到选择器中，第二步

则是通过选择器所提供的事件查询（select）方法，这些注册的通道是否有已经就绪的IO事

件（例如可读、可写、网络连接完成等）。

由于一个选择器只需要一个线程进行监控，所以，我们可以很简单地使用一个线程，

通过选择器去管理多个连接通道。

6、从理论到实践：NIO 中的读和写

6.1 概述

读和写是 I/O 的基本过程。从一个通道中读取很简单：只需创建一个缓冲区，然后让通道将数据读到这个缓冲区中。写入也相当简单：创建一个缓冲区，用数据填充它，然后让通道用这些数据来执行写入操作。

在本节中，我们将学习有关在 Java 程序中读取和写入数据的一些知识。我们将回顾 NIO 的主要组件(缓冲区、通道和一些相关的方法)，看看它们是如何交互以进行读写的。在接下来的几节中，我们将更详细地分析这其中的每个组件以及其交互。

6.2 从文件中读取

在我们第一个练习中，我们将从一个文件中读取一些数据。如果使用原来的 I/O，那么我们只需创建一个 FileInputStream 并从它那里读取。而在 NIO 中，情况稍有不同：我们首先从 FileInputStream 获取一个 Channel 对象，然后使用这个通道来读取数据。

在 NIO 系统中，任何时候执行一个读操作，您都是从通道中读取，但是您不是直接从通道读取。因为所有数据最终都驻留在缓冲区中，所以您是从通道读到缓冲区中。

因此读取文件涉及三个步骤：(1) 从 FileInputStream 获取 Channel，(2) 创建 Buffer，(3) 将数据从 Channel 读到 Buffer 中。

现在，让我们看一下这个过程。

6.3 三个容易的步骤

第一步是获取通道。我们从 FileInputStream 获取通道：

FileInputStream fin = newFileInputStream( "readandshow.txt");

FileChannel fc = fin.getChannel();

下一步是创建缓冲区：

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate( 1024);

最后，需要将数据从通道读到缓冲区中，如下所示：

fc.read( buffer );

您会注意到，我们不需要告诉通道要读多少数据到缓冲区中。每一个缓冲区都有复杂的内部统计机制，它会跟踪已经读了多少数据以及还有多少空间可以容纳更多的数据。我们将在缓冲区内部细节中介绍更多关于缓冲区统计机制的内容。

6.4 写入文件

在 NIO 中写入文件类似于从文件中读取。首先从 FileOutputStream 获取一个通道：

FileOutputStream fout = newFileOutputStream( "writesomebytes.txt");

FileChannel fc = fout.getChannel();

下一步是创建一个缓冲区并在其中放入一些数据 - 在这里，数据将从一个名为 message 的数组中取出，这个数组包含字符串 "Some bytes" 的 ASCII 字节(本教程后面将会解释 buffer.flip() 和 buffer.put() 调用)。

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate( 1024);

for(intii=0; ii<message.length; ++ii) {

buffer.put( message[ii] );

}

buffer.flip();

最后一步是写入缓冲区中：

fc.write( buffer );

注意在这里同样不需要告诉通道要写入多数据。缓冲区的内部统计机制会跟踪它包含多少数据以及还有多少数据要写入。

6.5 读写结合

下面我们将看一下在结合读和写时会有什么情况。我们以一个名为 CopyFile.java 的简单程序作为这个练习的基础，它将一个文件的所有内容拷贝到另一个文件中。CopyFile.java 执行三个基本操作：首先创建一个 Buffer，然后从源文件中将数据读到这个缓冲区中，然后将缓冲区写入目标文件。这个程序不断重复 ― 读、写、读、写 ― 直到源文件结束。

CopyFile 程序让您看到我们如何检查操作的状态，以及如何使用 clear() 和 flip() 方法重设缓冲区，并准备缓冲区以便将新读取的数据写到另一个通道中。

6.6 运行 CopyFile 例子

因为缓冲区会跟踪它自己的数据，所以 CopyFile 程序的内部循环 (inner loop) 非常简单，如下所示：

fcin.read( buffer );

fcout.write( buffer );

第一行将数据从输入通道 fcin 中读入缓冲区，第二行将这些数据写到输出通道 fcout 。

6.7 检查状态

下一步是检查拷贝何时完成。当没有更多的数据时，拷贝就算完成，并且可以在 read() 方法返回 -1 是判断这一点，如下所示：

intr = fcin.read( buffer );

if(r==-1) {

break;

}

6.8 重设缓冲区

最后，在从输入通道读入缓冲区之前，我们调用 clear() 方法。同样，在将缓冲区写入输出通道之前，我们调用 flip() 方法，如下所示：

buffer.clear();

intr = fcin.read( buffer );

if(r==-1) {

break;

}

buffer.flip();

fcout.write( buffer );

clear() 方法重设缓冲区，使它可以接受读入的数据。 flip() 方法让缓冲区可以将新读入的数据写入另一个通道。

7、缓冲区内部细节

7.1 概述

本节将介绍 NIO 中两个重要的缓冲区组件：状态变量和访问方法 (accessor)。

状态变量是前一节中提到的"内部统计机制"的关键。每一个读/写操作都会改变缓冲区的状态。通过记录和跟踪这些变化，缓冲区就可能够内部地管理自己的资源。

在从通道读取数据时，数据被放入到缓冲区。在有些情况下，可以将这个缓冲区直接写入另一个通道，但是在一般情况下，您还需要查看数据。这是使用访问方法 get() 来完成的。同样，如果要将原始数据放入缓冲区中，就要使用访问方法 put()。

在本节中，您将学习关于 NIO 中的状态变量和访问方法的内容。我们将描述每一个组件，并让您有机会看到它的实际应用。虽然 NIO 的内部统计机制初看起来可能很复杂，但是您很快就会看到大部分的实际工作都已经替您完成了。您可能习惯于通过手工编码进行簿记 ― 即使用字节数组和索引变量，现在它已在 NIO 中内部地处理了。

7.2 状态变量

可以用三个值指定缓冲区在任意时刻的状态：

position

limit

capacity

这三个变量一起可以跟踪缓冲区的状态和它所包含的数据。我们将在下面的小节中详细分析每一个变量，还要介绍它们如何适应典型的读/写(输入/输出)进程。在这个例子中，我们假定要将数据从一个输入通道拷贝到一个输出通道。

7.3 Position

您可以回想一下，缓冲区实际上就是美化了的数组。在从通道读取时，您将所读取的数据放到底层的数组中。 position 变量跟踪已经写了多少数据。更准确地说，它指定了下一个字节将放到数组的哪一个元素中。因此，如果您从通道中读三个字节到缓冲区中，那么缓冲区的 position 将会设置为3，指向数组中第四个元素。

同样，在写入通道时，您是从缓冲区中获取数据。 position 值跟踪从缓冲区中获取了多少数据。更准确地说，它指定下一个字节来自数组的哪一个元素。因此如果从缓冲区写了5个字节到通道中，那么缓冲区的 position 将被设置为5，指向数组的第六个元素。

7.4 Limit

limit 变量表明还有多少数据需要取出(在从缓冲区写入通道时)，或者还有多少空间可以放入数据(在从通道读入缓冲区时)。

position 总是小于或者等于 limit。

7.5 Capacity

缓冲区的 capacity 表明可以储存在缓冲区中的最大数据容量。实际上，它指定了底层数组的大小 ― 或者至少是指定了准许我们使用的底层数组的容量。

limit 决不能大于 capacity。

7.6 观察变量

我们首先观察一个新创建的缓冲区。出于本例子的需要，我们假设这个缓冲区的总容量为8个字节。

Buffer 的状态如下所示：

回想一下，limit 决不能大于 capacity，此例中这两个值都被设置为 8。我们通过将它们指向数组的尾部之后(如果有第8个槽，则是第8个槽所在的位置)来说明这点。

position 设置为0。如果我们读一些数据到缓冲区中，那么下一个读取的数据就进入 slot 0 。如果我们从缓冲区写一些数据，从缓冲区读取的下一个字节就来自 slot 0 。

position 设置如下所示：

由于 capacity 不会改变，所以我们在下面的讨论中可以忽略它。

7.7 第一次读取

现在我们可以开始在新创建的缓冲区上进行读/写操作。首先从输入通道中读一些数据到缓冲区中。第一次读取得到三个字节。它们被放到数组中从 position 开始的位置，这时 position 被设置为 0。

读完之后，position 就增加到 3，如下所示：

limit 没有改变。

7.8 第二次读取

在第二次读取时，我们从输入通道读取另外两个字节到缓冲区中。

这两个字节储存在由 position 所指定的位置上， position 因而增加 2：

limit 没有改变。

7.9 flip

现在我们要将数据写到输出通道中。在这之前，我们必须调用 flip() 方法。

这个方法做两件非常重要的事：

1）它将 limit 设置为当前 position；

2）它将 position 设置为 0。

前一小节中的图显示了在 flip 之前缓冲区的情况。

下面是在 flip 之后的缓冲区：

我们现在可以将数据从缓冲区写入通道了。 position 被设置为 0，这意味着我们得到的下一个字节是第一个字节。 limit 已被设置为原来的 position，这意味着它包括以前读到的所有字节，并且一个字节也不多。

7.10 第一次写入

在第一次写入时，我们从缓冲区中取四个字节并将它们写入输出通道。

这使得 position 增加到 4，而 limit 不变，如下所示：

7.11 第二次写入

我们只剩下一个字节可写了。 limit在我们调用 flip() 时被设置为 5，并且 position 不能超过 limit。所以最后一次写入操作从缓冲区取出一个字节并将它写入输出通道。

这使得 position 增加到 5，并保持 limit 不变，如下所示：

7.12 clear

最后一步是调用缓冲区的 clear() 方法。这个方法重设缓冲区以便接收更多的字节。

Clear 做两种非常重要的事情：

1）它将 limit 设置为与 capacity 相同；

2）它设置 position 为 0。

下图显示了在调用 clear() 后缓冲区的状态：

缓冲区现在可以接收新的数据了。

7.13 访问方法

到目前为止，我们只是使用缓冲区将数据从一个通道转移到另一个通道。然而，程序经常需要直接处理数据。例如，您可能需要将用户数据保存到磁盘。在这种情况下，您必须将这些数据直接放入缓冲区，然后用通道将缓冲区写入磁盘。

或者，您可能想要从磁盘读取用户数据。在这种情况下，您要将数据从通道读到缓冲区中，然后检查缓冲区中的数据。

在本节的最后，我们将详细分析如何使用 ByteBuffer 类的 get() 和 put() 方法直接访问缓冲区中的数据。

7.14 get() 方法

ByteBuffer 类中有四个 get() 方法：

1）byte get();

2）ByteBuffer get( byte dst[] );

3）ByteBuffer get( byte dst[], int offset, int length );

4）byte get( int index );

第一个方法获取单个字节。第二和第三个方法将一组字节读到一个数组中。第四个方法从缓冲区中的特定位置获取字节。那些返回 ByteBuffer 的方法只是返回调用它们的缓冲区的 this 值。

此外，我们认为前三个 get() 方法是相对的，而最后一个方法是绝对的。相对意味着 get() 操作服从 limit 和 position 值 ― 更明确地说，字节是从当前 position 读取的，而 position 在 get 之后会增加。另一方面，一个绝对方法会忽略 limit 和 position 值，也不会影响它们。事实上，它完全绕过了缓冲区的统计方法。

上面列出的方法对应于 ByteBuffer 类。其他类有等价的 get() 方法，这些方法除了不是处理字节外，其它方面是是完全一样的，它们处理的是与该缓冲区类相适应的类型。

7.15 put()方法

ByteBuffer 类中有五个 put() 方法：

1）ByteBuffer put( byte b );

2）ByteBuffer put( byte src[] );

3）ByteBuffer put( byte src[], int offset, int length );

4）ByteBuffer put( ByteBuffer src );

5）ByteBuffer put( int index, byte b );

第一个方法写入（put）单个字节。第二和第三个方法写入来自一个数组的一组字节。第四个方法将数据从一个给定的源 ByteBuffer 写入这个 ByteBuffer。第五个方法将字节写入缓冲区中特定的位置。那些返回 ByteBuffer 的方法只是返回调用它们的缓冲区的 this 值。

与 get() 方法一样，我们将把 put() 方法划分为相对或者绝对的。前四个方法是相对的，而第五个方法是绝对的。

上面显示的方法对应于 ByteBuffer 类。其他类有等价的 put() 方法，这些方法除了不是处理字节之外，其它方面是完全一样的。它们处理的是与该缓冲区类相适应的类型。

7.16 类型化的 get() 和 put() 方法

除了前些小节中描述的 get() 和 put() 方法， ByteBuffer 还有用于读写不同类型的值的其他方法。

如下所示：

getByte()

getChar()

getShort()

getInt()

getLong()

getFloat()

getDouble()

putByte()

putChar()

putShort()

putInt()

putLong()

putFloat()

putDouble()

事实上，这其中的每个方法都有两种类型 ― 一种是相对的，另一种是绝对的。它们对于读取格式化的二进制数据（如图像文件的头部）很有用。

您可以在例子程序 TypesInByteBuffer.java 中看到这些方法的实际应用。

7.17 缓冲区的使用：一个内部循环

下面的内部循环概括了使用缓冲区将数据从输入通道拷贝到输出通道的过程。

while(true) {

buffer.clear();

intr = fcin.read( buffer );

if(r==-1) {

break;

}

buffer.flip();

fcout.write( buffer );

}

read() 和 write() 调用得到了极大的简化，因为许多工作细节都由缓冲区完成了。 clear() 和 flip() 方法用于让缓冲区在读和写之间切换。

更多关于java NIO请参考此文：Java NIO使用详解 - 朱子威 - 博客园

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