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NIO
同步非阻塞
阻塞與非阻塞的區別：
- 阻塞時，在呼叫結果回傳時，當前執行緒會被掛起，并在得到結果之后回傳
- 非阻塞時，如不能立即得到結果，該呼叫不會阻塞當前執行緒，呼叫者需要定時輪詢查看處理狀態
Channel(通道)和Buffer(緩沖區)
與普通IO的不同和關系
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NIO以塊的方式處理資料，但是IO是以最基礎的位元組流的形式去寫入和讀出的
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NIO不再是和IO一樣用OutputStream和InputStream輸入流的形式來進行處理資料的，但是又是基于這種流的方式，采用了通道和緩沖區的形式進行處理
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NIO的通道是可以雙向的，IO的流只能是單向的
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NIO的緩沖區(位元組陣列)還可以進行分片，可以建立只讀緩沖區、直接緩沖區和間接緩沖區，只讀緩沖區就是只可以讀，直接緩沖區是為了加快I/O速度，以一種特殊的方式分配其記憶體的緩沖區
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NIO采用的是多路復用的IO模型，BIO用的是阻塞的IO模型
通道的概念
通道是對原I/O包中的流的模擬，到任何目的地的所有資料都必須通過一個Channel物件(通道)，一個Buffer實質上就是一個容器物件，發送給一個通道的所有物件都必須首先放到緩沖區中；從通道中讀取的任何資料都要讀到緩沖區中
緩沖區的概念
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Buffer是一個物件，它包含一些要寫入或者剛讀出的資料，在NIO中加入Buffer物件，在流式IO中，將資料直接寫入或者讀到Stream物件中
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在NIO庫中，所有資料都是用緩沖區處理的，在讀取資料時，它是直接讀到緩沖區中的，在寫入資料時，它是寫入到緩沖區的，任何時候訪問NIO中的資料，都需要將它放到緩沖區中
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緩沖區實質上是一個陣列，通常它是一個位元組陣列，但是也可以使用其他種類的陣列，但是一個緩沖區不僅僅是一個陣列，緩沖區提供了對資料的結構化訪問，而且還可以跟蹤系統的讀/寫行程
ByteBuffer
CharBuffer
ShortBuffer
IntBuffer
LongBuffer
FloatBuffer
DoubleBuffer
選擇器
Selector是多路復用器，用于同時檢測多個通道的事件以實作異步I/O，
通過一個選擇器來同時對多個套接字通道進行監聽，當套接字通道有可用的事件的時候，通道改為可用狀態，選擇器就可以實作可用的狀態，
作業原理
客戶端-----》Channel-----》Selector------》keys--狀態改變---》server
Buffer 緩沖區
Channel 通道
Selector 選擇器
Server端創建ServerSocketChannel 有一個Selector多路復用器 輪詢所有注冊的通道，根據通道狀態，執行相關操作
- Connect 連接狀態
- Accept 阻塞狀態
- Read 可讀狀態
- Write 可寫狀態
Client端創建SocketChannel 注冊到Server端的Selector
buffer
- capacity 緩沖區陣列的總長度
- position 下一個要操作的資料元素的位置
- limit 緩沖區陣列中不可操作的下一個元素的位置，limit<=capacity
- mark 用于記錄當前position的前一個位置或者默認是0
- clear/flip/rewind等都是操作limit和position的值來實作重復讀寫的
ByteBuffer
有且僅有ByteBuffer(位元組緩沖區)可以直接與通道互動，
public static void main(String[] args) {
//生成FileChannel檔案通道 FileChannel的操作--> 操作ByteBuffer用于讀寫，并獨占式訪問和鎖定檔案區域
// 寫入檔案
try(FileChannel fileChannel = new FileOutputStream(FILE).getChannel()){
fileChannel.write(ByteBuffer.wrap("test".getBytes()));
} catch (IOException e){
throw new RuntimeException("寫入檔案失敗",e);
}
// 在檔案結尾寫入
try(FileChannel fileChannel = new RandomAccessFile(FILE,"rw").getChannel()){
fileChannel.position(fileChannel.size());//移至檔案結尾
fileChannel.write(ByteBuffer.wrap("some".getBytes()));
} catch (IOException e){
throw new RuntimeException("寫入檔案結尾失敗",e);
}
try(FileChannel fileChannel = new FileInputStream(FILE).getChannel();
FileChannel out = new FileOutputStream("C:\\Users\\sinosoft\\Desktop\\copy.txt").getChannel()
){
// 讀取操作，需要呼叫allocate顯示分配ByteBuffer
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
// read之后將資料放入緩沖區
while (fileChannel.read(byteBuffer) != -1){
byteBuffer.flip(); // 準備寫入
out.write(byteBuffer);
byteBuffer.clear(); // 清空快取區
}
} catch (IOException e){
throw new RuntimeException("讀取檔案失敗",e);
}
}
方法說明
rewind()方法是將position設定為緩沖區的開始位置
get()和put()都會修改position
get(int)和put(int)都不會修改position
mark()設定mark為當前position
flip()將寫模式切換為讀模式
public final Buffer flip() {
limit = position;
position = 0;
mark = -1;
return this;
}
記憶體映射檔案
記憶體映射檔案可以創建和修改那些因為太大而無法放入記憶體的檔案，
RandomAccessFile tdat = new RandomAccessFile("test.dat", "rw");
MappedByteBuffer out = tdat.getChannel().map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, length);
或者
FileChannel fc = new FileInputStream(new File("temp.tmp")).getChannel();
IntBuffer ib = fc.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY,0, fc.size()).asIntBuffer();
映射檔案訪問比標準IO性能高很多
檔案鎖定
檔案鎖定可同步訪問，檔案鎖對其他作業系統行程可見，因為java檔案鎖直接映射到本機作業系統鎖定工具，
public class FileLockTest {
private static final String FILE = "C:\\Users\\sinosoft\\Desktop\\剩余作業副本.txt";
public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
FileChannel fileChannel = new FileOutputStream(FILE).getChannel();
// 檔案鎖
FileLock fileLock = fileChannel.tryLock();
Thread thread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
FileChannel fileChannel = null;
try {
fileChannel = new FileOutputStream(FILE).getChannel();
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
byteBuffer.put("aqws".getBytes());
try {
System.out.println("執行緒準備寫");
fileChannel.write(byteBuffer);
System.out.println("執行緒寫完");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
thread.start();
if(fileLock != null){
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
byteBuffer.put("aqwqdqdhwfwihfejfhi".getBytes());
System.out.println("主執行緒睡眠");
Thread.sleep(10000);
// 會報錯 java.nio.channels.NonWritableChannelException
// fileChannel.read(byteBuffer);
System.out.println("主執行緒準備寫");
fileChannel.write(byteBuffer);
fileLock.release();
}
}
}
主執行緒睡眠
執行緒準備寫
java.io.IOException: 另一個程式已鎖定檔案的一部分，行程無法訪問，
at sun.nio.ch.FileDispatcherImpl.write0(Native Method)
at sun.nio.ch.FileDispatcherImpl.write(FileDispatcherImpl.java:75)
at sun.nio.ch.IOUtil.writeFromNativeBuffer(IOUtil.java:93)
at sun.nio.ch.IOUtil.write(IOUtil.java:65)
at sun.nio.ch.FileChannelImpl.write(FileChannelImpl.java:211)
at com.zhanghe.study.io.nio.FileLockTest$1.run(FileLockTest.java:35)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)
主執行緒準備寫
通過呼叫FileChannel上的tryLock或lock，可以獲得整個檔案的FileLock(SocketChannel、DatagramChannel和ServerSocketChannel不需要鎖定，因為本質上就是單執行緒物體)
tryLock()是非阻塞的，試圖獲取鎖，若不能獲取，只是從方法呼叫回傳
lock()會阻塞，直到獲得鎖，或者呼叫lock()的執行緒中斷，或者呼叫lock()方法的通道關閉，
使用FileLock.release()釋放鎖
// 鎖定檔案的一部分，鎖住size-position區域，第三個引數指定是否共享此鎖
tryLock(long position, long size, boolean shared)
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