文章摘要： 为输入输出提供缓冲区的类。

介绍

简要说明

• 提供用于高性能I/O操作的API。
• 包含了一套新的抽象，如缓冲区（Buffers）、通道（Channels）和选择器（Selectors），这些抽象支持非阻塞I/O操作，是Java New I/O API的核心。

主要功能

• 缓冲区（Buffers）：提供了一组用于存储不同数据类型的容器，如ByteBuffer、CharBuffer等，这些缓冲区是通道读写数据的中介。
• 通道（Channels）：代表打开到I/O设备（如文件、套接字等）的连接。通道用于从缓冲区读取数据或将数据写入缓冲区。
• 选择器（Selectors）：用于监控多个通道的事件（如连接、接受、读取、写入），使得单个线程可以管理多个通道，适用于实现多路复用、非阻塞I/O。
• 文件系统（FileSystems）：提供了访问文件系统的高级API，支持文件属性的查询和修改，以及文件系统的遍历。

注意事项

• 内存管理：在使用缓冲区时，需要注意内存分配和释放，避免内存泄漏。
• 线程安全：缓冲区不是线程安全的，多线程操作同一缓冲区时需要外部同步。
• 性能影响：非阻塞I/O可以提高应用程序的性能，但同时也增加了编程的复杂性。
• 正确的资源关闭：使用完通道和其他资源后，应该正确地关闭它们以释放系统资源。

适用场景

• 高性能网络编程：使用NIO实现非阻塞网络通信，适用于需要高并发处理的网络应用。
• 文件处理：使用NIO的文件通道和文件属性视图进行高效的文件读写操作。
• 大规模数据处理：当需要处理大量数据时，NIO的缓冲区可以提供更高效的数据传输方式。
• 需要非阻塞I/O的场景：在需要同时处理多个I/O操作而不希望为每个操作创建一个线程时，NIO的选择器非常有用。

主要组件

Channels

通道是用于 I/O 操作的途径，与传统的流不同，通道是双向的，可以用于读写操作。

• FileChannel: 用于文件的数据读写。
• SocketChannel: 用于 TCP 网络的数据读写。
• ServerSocketChannel: 监听 TCP 连接请求，并为每个请求创建一个 SocketChannel。
• DatagramChannel: 用于 UDP 网络的数据读写。

Buffers

缓冲区是数据的容器，用于与通道进行数据交换。

• ByteBuffer: 最常用的缓冲区，可以存储字节数据。
• CharBuffer, ShortBuffer, IntBuffer, LongBuffer, FloatBuffer, DoubleBuffer: 用于存储不同类型的数据。

Selectors

选择器用于检查一个或多个通道是否准备好进行 I/O 操作，是支持非阻塞 I/O 的核心。

Files

Files 类提供了大量用于操作文件和文件系统的静态方法。

主要类和方法

ByteBuffer

• allocate(int capacity): 分配一个新的字节缓冲区。
• flip(): 切换读写模式，将缓冲区的 limit 设置为 position，position 设置为 0。
• clear(): 清空缓冲区，准备下一次读写操作。
• rewind(): 重置 position 为 0，limit 保持不变。
• remaining(): 返回当前位置和限制之间的元素数。

FileChannel

• read(ByteBuffer dst): 从通道读取数据到缓冲区。
• write(ByteBuffer src): 从缓冲区写入数据到通道。
• position(): 返回通道的当前位置。
• size(): 返回通道所关联文件的大小。
• transferFrom(ReadableByteChannel src, long position, long count): 从给定通道传输数据到这个通道。
• transferTo(long position, long count, WritableByteChannel target): 从这个通道传输数据到给定的通道。

Selector

• open(): 打开一个选择器。
• select(): 选择一组键，其相应的通道已准备好进行 I/O 操作。
• selectedKeys(): 返回此选择器的已选择键集。

Files

• readAllBytes(Path path): 读取整个文件内容到字节序列。
• write(Path path, byte[] bytes, OpenOption... options): 将字节序列写入文件。
• newBufferedReader(Path path, Charset cs): 打开一个用于读取文本文件的缓冲字符输入流。
• newBufferedWriter(Path path, Charset cs, OpenOption... options): 打开一个用于写入文本文件的缓冲字符输出流。
• copy(Path source, OutputStream out): 将文件内容复制到输出流。
• walk(Path start, FileVisitOption... options): 遍历文件树。

学习总结

• 非阻塞I/O: java.nio 提供的非阻塞 I/O 特性允许单个线程管理多个通道，从而提高性能。
• 通道和缓冲区: 通道用于传输数据，缓冲区用于存储数据。通道的所有读写操作都是通过缓冲区来完成的。
• 内存映射文件: FileChannel 支持内存映射文件，可以非常高效地读写文件内容。
• 文件系统操作: Files 类提供了丰富的文件操作方法，包括文件读写、复制、遍历等。
• 选择器: 选择器用于实现多路复用 I/O，可以在单个线程中处理多个通道。
• 性能: 相比于传统的基于流的 I/O，java.nio 可以提供更高的性能，尤其是在处理大量数据时。
• 安全性: 使用 java.nio 时需要注意资源管理和异常处理，以避免资源泄露和错误处理。

java.nio.channels

定义通道，这些通道表示与能够执行 I/O 操作的实体（例如文件和套接字）的连接;定义选择器，用于多路复用、非阻塞 I/O 操作。

java.nio.channels.spi

java.nio.channels Service-provider 类。

java.nio.charset

定义字符集、解码器和编码器，用于在字节和 Unicode 字符之间进行转换。

java.nio.charset.spi

java.nio.charset Service-provider 类。

java.nio.file

定义 Java 虚拟机访问文件、文件属性和文件系统的接口和类。

java.nio.file.attribute

提供对文件和文件系统属性的访问的接口和类。

java.nio.file.spi

java.nio.file Service-provider 类。

cache

Path

Paths

// 相对路径
Path source = Paths.get("x1.txt");
// 绝对路径
Path source = Paths.get("/home/user/x1.txt");
// 目录拼接，代表 /home/user/x1.txt
Path source = Paths.get("/home/user“, "x1.txt")

核心类和接口

• Buffer：所有缓冲区的超类，提供了一系列用于数据存取的方法。

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

• Channel：用于I/O操作的数据传输通道，类似于流。

  • FileChannel：用于文件的数据读写。
  • SocketChannel：用于TCP网络的数据读写。
  • ServerSocketChannel：用于监听TCP连接请求。
  • DatagramChannel：用于UDP网络的数据读写。

• Selector：用于检查一个或多个NIO通道的状态是否准备好进行数据读写。

• SelectionKey：表示SelectableChannel在Selector中注册的标记，包含了通道操作的状态和兴趣集合。

文件系统类和接口

• Path：表示文件系统中的路径。
• Paths：用于获取Path实例的工厂类。
• Files：提供文件操作的方法，如读写、创建、删除等。
• FileVisitor：用于文件遍历的访问者接口。
• FileSystem：表示文件系统。
• FileStore：提供文件存储区域的信息。
• WatchService：用于监控文件系统事件。

网络类

• Socket：表示网络套接字。
• ServerSocket：用于监听客户端的套接字连接。
• DatagramSocket：用于发送和接收UDP数据报包。

属性类

• FileAttribute：用于配置文件系统的文件属性。
• PosixFilePermission：用于POSIX文件权限。

其他类和接口

• charset：用于字符集编码和解码。
• StandardCharsets：提供标准字符集的常量。
• FileSystemProvider：文件系统提供者的抽象类。
• AsynchronousFileChannel：用于异步文件读写操作的文件通道。
• AsynchronousSocketChannel：用于异步TCP套接字连接的数据读写。
• AsynchronousServerSocketChannel：用于异步监听TCP连接请求。
• AsynchronousChannelGroup：用于异步通道的分组管理。