Java NIO使用及原理分析（三）

  • 2019 年 10 月 7 日
  • 笔记

在上一篇文章中介绍了缓冲区内部对于状态变化的跟踪机制，而对于NIO中缓冲区来说，还有很多的内容值的学习，如缓冲区的分片与数据共享，只读缓冲区等。在本文中我们来看一下缓冲区一些更细节的内容。

缓冲区的分配

在前面的几个例子中，我们已经看过了，在创建一个缓冲区对象时，会调用静态方法allocate()来指定缓冲区的容量，其实调用 allocate()相当于创建了一个指定大小的数组，并把它包装为缓冲区对象。或者我们也可以直接将一个现有的数组，包装为缓冲区对象，如下示例代码所示：

[java] view plain copy print?

  1. public class BufferWrap {
  3. public void myMethod()
  4. {
  5. // 分配指定大小的缓冲区
  6. ByteBuffer buffer1 = ByteBuffer.allocate(10);
  8. // 包装一个现有的数组
  9. byte array[] = new byte[10];
  10. ByteBuffer buffer2 = ByteBuffer.wrap( array );
  11. }
  12. }

缓冲区分片

在NIO中，除了可以分配或者包装一个缓冲区对象外，还可以根据现有的缓冲区对象来创建一个子缓冲区，即在现有缓冲区上切出一片来作为一个新的缓冲区，但现有的缓冲区与创建的子缓冲区在底层数组层面上是数据共享的，也就是说，子缓冲区相当于是现有缓冲区的一个视图窗口。调用slice()方法可以创建一个子缓冲区，让我们通过例子来看一下：

[java] view plain copy print?

  1. import java.nio.*;
  3. public class Program {
  4. static public void main( String args[] ) throws Exception {
  5. ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate( 10 );
  7. // 缓冲区中的数据0-9
  8. for (int i=0; i<buffer.capacity(); ++i) {
  9. buffer.put( (byte)i );
  10. }
  12. // 创建子缓冲区
  13. buffer.position( 3 );
  14. buffer.limit( 7 );
  15. ByteBuffer slice = buffer.slice();
  17. // 改变子缓冲区的内容
  18. for (int i=0; i<slice.capacity(); ++i) {
  19. byte b = slice.get( i );
  20. b *= 10;
  21. slice.put( i, b );
  22. }
  24. buffer.position( 0 );
  25. buffer.limit( buffer.capacity() );
  27. while (buffer.remaining()>0) {
  28. System.out.println( buffer.get() );
  29. }
  30. }
  31. }

在该示例中，分配了一个容量大小为10的缓冲区，并在其中放入了数据0-9，而在该缓冲区基础之上又创建了一个子缓冲区，并改变子缓冲区中的内容，从最后输出的结果来看，只有子缓冲区“可见的”那部分数据发生了变化，并且说明子缓冲区与原缓冲区是数据共享的，输出结果如下所示：

只读缓冲区

只读缓冲区非常简单，可以读取它们，但是不能向它们写入数据。可以通过调用缓冲区的asReadOnlyBuffer()方法，将任何常规缓冲区转 换为只读缓冲区，这个方法返回一个与原缓冲区完全相同的缓冲区，并与原缓冲区共享数据，只不过它是只读的。如果原缓冲区的内容发生了变化，只读缓冲区的内容也随之发生变化：

[java] view plain copy print?

  1. import java.nio.*;
  3. public class Program {
  4. static public void main( String args[] ) throws Exception {
  5. ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate( 10 );
  7. // 缓冲区中的数据0-9
  8. for (int i=0; i<buffer.capacity(); ++i) {
  9. buffer.put( (byte)i );
  10. }
  12. // 创建只读缓冲区
  13. ByteBuffer readonly = buffer.asReadOnlyBuffer();
  15. // 改变原缓冲区的内容
  16. for (int i=0; i<buffer.capacity(); ++i) {
  17. byte b = buffer.get( i );
  18. b *= 10;
  19. buffer.put( i, b );
  20. }
  22. readonly.position(0);
  23. readonly.limit(buffer.capacity());
  25. // 只读缓冲区的内容也随之改变
  26. while (readonly.remaining()>0) {
  27. System.out.println( readonly.get());
  28. }
  29. }
  30. }

如果尝试修改只读缓冲区的内容，则会报ReadOnlyBufferException异常。只读缓冲区对于保护数据很有用。在将缓冲区传递给某个 对象的方法时，无法知道这个方法是否会修改缓冲区中的数据。创建一个只读的缓冲区可以保证该缓冲区不会被修改。只可以把常规缓冲区转换为只读缓冲区，而不能将只读的缓冲区转换为可写的缓冲区。

直接缓冲区

直接缓冲区是为加快I/O速度，使用一种特殊方式为其分配内存的缓冲区，JDK文档中的描述为：给定一个直接字节缓冲区，Java虚拟机将尽最大努 力直接对它执行本机I/O操作。也就是说，它会在每一次调用底层操作系统的本机I/O操作之前(或之后)，尝试避免将缓冲区的内容拷贝到一个中间缓冲区中 或者从一个中间缓冲区中拷贝数据。要分配直接缓冲区，需要调用allocateDirect()方法，而不是allocate()方法，使用方式与普通缓冲区并无区别，如下面的拷贝文件示例：

[java] view plain copy print?

  1. import java.io.*;
  2. import java.nio.*;
  3. import java.nio.channels.*;
  5. public class Program {
  6. static public void main( String args[] ) throws Exception {
  7. String infile = "c:\test.txt";
  8. FileInputStream fin = new FileInputStream( infile );
  9. FileChannel fcin = fin.getChannel();
  11. String outfile = String.format("c:\testcopy.txt");
  12. FileOutputStream fout = new FileOutputStream( outfile );
  13. FileChannel fcout = fout.getChannel();
  15. // 使用allocateDirect，而不是allocate
  16. ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect( 1024 );
  18. while (true) {
  19. buffer.clear();
  21. int r = fcin.read( buffer );
  23. if (r==-1) {
  24. break;
  25. }
  27. buffer.flip();
  29. fcout.write( buffer );
  30. }
  31. }
  32. }

内存映射文件I/O

内存映射文件I/O是一种读和写文件数据的方法，它可以比常规的基于流或者基于通道的I/O快的多。内存映射文件I/O是通过使文件中的数据出现为 内存数组的内容来完成的，这其初听起来似乎不过就是将整个文件读到内存中，但是事实上并不是这样。一般来说，只有文件中实际读取或者写入的部分才会映射到内存中。如下面的示例代码：

[java] view plain copy print?

  1. import java.io.*;
  2. import java.nio.*;
  3. import java.nio.channels.*;
  5. public class Program {
  6. static private final int start = 0;<span style="font-family:FangSong_GB2312;font-size:13px;">
  7. static private final int size = 1024;
  9. static public void main( String args[] ) throws Exception {
  10. RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile( "c:\test.txt", "rw" );
  11. FileChannel fc = raf.getChannel();
  13. MappedByteBuffer mbb = fc.map( FileChannel.MapMode.READ_WRITE,
  14. start, size );
  16. mbb.put( 0, (byte)97 );
  17. mbb.put( 1023, (byte)122 );
  19. raf.close();
  20. }
  21. }</span>

关于缓冲区的细节内容，我们已经用了两篇文章来介绍。在下一篇中将会介绍NIO中更有趣的部分Nonblocking I/O。

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