《Java NIO》：Channel and Buffer （通道和缓冲区）

从今天开始，自己将会了解下Java NIO的相关知识，以及会看下相关的类库源码。

和往常自己学习新知识之前，自己都会阅读网上的一些博文和资料，以使自己对这一块的知识有一个大致的了解，然后再按照自己感兴趣的点来研究一点点知识。关于Java NIO这一块的知识，也是如此。

关于Java NIO涉及到三个重要的概念：

1、Channel 通道

2、Buffer 缓冲区

3、Selector 选择器

在这篇文章的评论中对Java NIO 中的三个概念用一个比方来讲述，比较好理解，摘入如下：

其中Channel对应以前的流，Buffer不是什么新东西，Selector是因为NIO可以使用异步的非堵塞模式才加入的东西。

以前的流总是堵塞的，一个线程只要对它进行操作，其它操作就会被堵塞，也就相当于水管没有阀门，你伸手接水的时候，不管水到了没有，你就都只能耗在接水（流）上。

NIO的Channel的加入，相当于增加了水龙头（有阀门），虽然一个时刻也只能接一个水管的水，但依赖轮换策略，在水量不大的时候，各个水管里流出来的水，都可以得到妥善接纳，这个关键之处就是增加了一个接水工，也就是Selector，他负责协调，也就是看哪根水管有水了的话，在当前水管的水接到一定程度的时候，就切换一下：临时关上当前水龙头，试着打开另一个水龙头（看看有没有水）。

当其他人需要用水的时候，不是直接去接水，而是事前提了一个水桶给接水工，这个水桶就是Buffer。也就是，其他人虽然也可能要等，但不会在现场等，而是回家等，可以做其它事去，水接满了，接水工会通知他们。

这其实也是非常接近当前社会分工细化的现实，也是统分利用现有资源达到并发效果的一种很经济的手段，而不是动不动就来个并行处理，虽然那样是最简单的，但也是最浪费资源的方式。

上面的比方还是相当清晰的描述了Channel、Buffer和Selector的作用。

更多的关于Java NIO的学习资料，并发编程网上有关于Java NIO系列的教程，地址如下：http://ifeve.com/java-nio-all/。

本着学习的态度，自己也是跟着这一系列的文章进行学习、实验、看源码以及记录，以此来掌握Java NIO相关的知识。

这篇博文主要介绍下Channel和Buffer，以及写两个小Demo，让我们感性的认识一下这两个小东西。

Java NIO：Channel and Buffer （通道和缓冲区）

标准的IO基于字节流和字符流来进行操作的，而NIO是基于Channel and Buffer进行操作的，数据总是从通道读取到缓冲区中，从缓冲区中写入到通道中。

需要我们要牢记的是：数据总是从通道读取到缓冲区中，将缓冲区中的内容写到到通道中。

Channel 与 Buffer之间的交互图如下：

下面就先介绍下Channel，然后在介绍下Buffer。

Java NIO：Channel介绍

Java NIO的通道类似Java IO中的流。

Channel的实现

以下是Java NIO中最重要的通道的实现：

1、FileChannel：从文件中读写数据

2、DatagramChannel:能通过UDP读写网络中的数据。

3、SocketChannel:能通过TCP读写网络中的数据。

4、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。

下面先通过一个例子来感受下Channel和Buffer。

        package com.wrh.channel;
    
        import java.io.File;
        import java.io.IOException;
        import java.io.RandomAccessFile;
        import java.nio.ByteBuffer;
        import java.nio.channels.FileChannel;
    
        public class ChannelDemo {
            //为简化代码逻辑，直接将异常抛出
            public static void main(String[] args) throws IOException {
                String path = "D:"+File.separator+"data.txt";
    
                RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile(path,"rw");
                FileChannel channel = aFile.getChannel();//得到管道
                //借助一个Buffer来与Channel进行交互
                ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(128);
                int readByteLen;
                while((readByteLen=channel.read(buffer))!=-1){
                    System.out.println("读取到buffer中的数据长度为："+readByteLen);
                    System.out.println("内容如下：");
                    buffer.flip();//将Buffer从写模式切换到读模式
                    while(buffer.hasRemaining()){
                        System.out.print(buffer.get());
                    }
                    buffer.clear();
    
                    System.out.println();//换行
    
                }
                aFile.close();
            }
    
        }

以上就是关于FileChannel和Buffer的一个小例子。

从上面的例子中，我们已经使用Buffer，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()方法或者是compact()方法来清空Buffer中的内容

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，需要调用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中的所有数据。

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。有两种方式清空缓冲区：调用clear()和compact()方法。但是这里要注意这两个函数的区别：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。任何未读的数据都会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。

Buffer有以下几种类型

ByteBuffer ShortBuffer IntBuffer LongBuffer FloatBuffer DoubleBuffer CharBuffer MappedByteBuffer

从上面可以看出，有8种基本数据类型中除boolean类型所对应的Buffer类型。换句话说，我们可以通过char,short,int,long,float,double类型来操作缓冲区的数据。

下面先看一个关于Buffer的例子。

        package com.wrh.nio;
    
        import java.nio.IntBuffer;
    
        public class BufferDemo {
    
            public static void main(String[] args) {
                //开辟一段buff空间
                int cap = 10;
                IntBuffer buffer = IntBuffer.allocate(cap);
                //往buffer中添加数据
                for(int i=0;i<cap;i++){
                    buffer.put(i*i);
                }
    
                System.out.println("buffer中的内容如下：");
                /*
                 * 调用flip()方法切换到读模式。
                 * 如果没有buffer.flip();这句话，则buffer.hasRemaining()就为false，即下面的while循环就没有输出
                 * */ 
                buffer.flip();
                while(buffer.hasRemaining()){
                    System.out.print(buffer.get()+" ");
                }
                buffer.clear();//清除Buffer中的内容
    
            }
    
        }

在Buffer中，我们也可以采用for循环来读取Buffer中的数据。

                for(int i=0;i<cap;i++){
                    System.out.print(buffer.get(i)+" ");
                }

小结

以上就是关于Channel和Buffer的一点小介绍，以及写了两个小的Demo来感受下这两个的功能。下篇博文，我们将从源码的角度来分析下Buffer以及其中的几个子类的内部实现。

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Java 源码分析

《Java源码分析》：Channel and Buffer （通道和缓冲区）

《Java NIO》：Channel and Buffer （通道和缓冲区）

Java NIO：Channel and Buffer （通道和缓冲区）

Java NIO：Channel介绍

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