Java中Buffer和Chanel怎么使用

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本篇内容主要讲解“  Java 中 Buffer 和 Chanel 怎么使用”，感兴趣的朋友不妨来看看。本文介绍的方法操作简单快捷，实用性强。下面就让丸趣 TV 小编来带大家学习“  Java 中 Buffer 和 Chanel 怎么使用”吧!

1.   基本 概念

IO 是主存和外部设备 (硬盘、终端和网络等) 拷贝数据的过程。IO 是操作系统的底层功能实现，底层通过 I/O 指令进行完成。

所有语言运行时系统提供执行 I/O 较高级别的工具。(c 的 printf scanf,java 的面向对象封装)

2.    Java 标准 io 回顾

Java 标准 IO 类库是 io 面向对象的一种抽象。基于本地方法的底层实现，我们无须关注底层实现。InputStream\OutputStream(字节流)：一次传送一个字节。Reader\Writer(字符流)：一次一个字符。

3.    nio 简介

nio 是 java New IO 的简称，在 jdk1.4 里提供的新 api。Sun 官方标榜的特性如下：

–     为所有的原始类型提供 (Buffer) 缓存支持。

–     字符集编码解码解决方案。

–     Channel：一个新的原始 I/O 抽象。

–     支持锁和内存映射文件的文件访问接口。

–     提供多路 (non-bloking) 非阻塞式的高伸缩性网络 I/O。

本文将围绕这几个特性进行学习和介绍。

4.   Buffer Chanel

Channel 和 buffer 是 NIO 是两个最基本的数据类型抽象。

Buffer:

–         是一块连续的内存块。

–         是 NIO 数据读或写的中转地。

Channel:

–         数据的源头或者数据的目的地

–         用于向 buffer 提供数据或者读取 buffer 数据 ,buffer 对象的唯一接口。

–         异步 I/O 支持

package sample; 
 
import java.io.FileInputStream; 
import java.io.FileOutputStream; 
import java.nio.ByteBuffer; 
import java.nio.channels.FileChannel; 
 
public class CopyFile { 
 public static void main(String[] args) throws Exception { 
 String infile =  C:\\copy.sql  
 String outfile =  C:\\copy.txt  
 //  获取源文件和目标文件的输入输出流  
 FileInputStream fin = new FileInputStream(infile); 
 FileOutputStream fout = new FileOutputStream(outfile); 
 //  获取输入输出通道  
 FileChannel fcin = fin.getChannel(); 
 FileChannel fcout = fout.getChannel(); 
 //  创建缓冲区  
 ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024); 
 while (true) { 
 // clear 方法重设缓冲区，使它可以接受读入的数据  
 buffer.clear(); 
 //  从输入通道中将数据读到缓冲区  
 int r = fcin.read(buffer); 
 // read 方法返回读取的字节数，可能为零，如果该通道已到达流的末尾，则返回 -1 
 if (r == -1) { 
 break; 
 } 
 // flip 方法让缓冲区可以将新读入的数据写入另一个通道  
 buffer.flip(); 
 //  从输出通道中将数据写入缓冲区  
 fcout.write(buffer); 
 } 
 } 
}

其中  buffer  内部结构如下  (  下图拷贝自资料  ):

Buffer 常见方法：

flip(): 写模式转换成读模式

rewind()：将 position 重置为 0，一般用于重复读。

clear()：清空 buffer，准备再次被写入 (position 变成 0，limit 变成 capacity)。

compact(): 将未读取的数据拷贝到 buffer 的头部位。

mark()、reset():mark 可以标记一个位置，reset 可以重置到该位置。

Buffer 常见类型：ByteBuffer、MappedByteBuffer、CharBuffer、DoubleBuffer、FloatBuffer、IntBuffer、LongBuffer、ShortBuffer。

channel 常见类型 :FileChannel、DatagramChannel(UDP)、SocketChannel(TCP)、ServerSocketChannel(TCP)

在本机上面做了个简单的性能测试。我的笔记本性能一般。(具体代码可以见附件。见 nio.sample.filecopy 包下面的例子) 以下是参考数据：

–         场景 1：Copy 一个 370M 的文件

–         场景 2: 三个线程同时拷贝，每个线程拷贝一个 370M 文件

Buffer 常见方法：

flip(): 写模式转换成读模式

rewind()：将 position 重置为 0，一般用于重复读。

clear()：清空 buffer，准备再次被写入 (position 变成 0，limit 变成 capacity)。

compact(): 将未读取的数据拷贝到 buffer 的头部位。

mark()、reset():mark 可以标记一个位置，reset 可以重置到该位置。

Buffer 常见类型：ByteBuffer、MappedByteBuffer、CharBuffer、DoubleBuffer、FloatBuffer、IntBuffer、LongBuffer、ShortBuffer。

channel 常见类型 :FileChannel、DatagramChannel(UDP)、SocketChannel(TCP)、ServerSocketChannel(TCP)

在本机上面做了个简单的性能测试。我的笔记本性能一般。(具体代码可以见附件。见 nio.sample.filecopy 包下面的例子) 以下是参考数据：

–         场景 1：Copy 一个 370M 的文件

–         场景 2: 三个线程同时拷贝，每个线程拷贝一个 370M 文件

5.    nio.charset

字符编码解码 : 字节码本身只是一些数字，放到正确的上下文中被正确被解析。向 ByteBuffer 中存放数据时需要考虑字符集的编码方式，读取展示 ByteBuffer 数据时涉及对字符集解码。

Java.nio.charset 提供了编码解码一套解决方案。

以我们最常见的 http 请求为例，在请求的时候必须对请求进行正确的编码。在得到响应时必须对响应进行正确的解码。

以下代码向 baidu 发一次请求，并获取结果进行显示。例子演示到了 charset 的使用。

例子 2BaiduReader.java

package nio.readpage;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.nio.charset.Charset;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.io.IOException;
public class BaiduReader {
 private Charset charset = Charset.forName( GBK //  创建 GBK 字符集
 private SocketChannel channel;
 public void readHTMLContent() {
 try {
 InetSocketAddress socketAddress = new InetSocketAddress(www.baidu.com , 80);
//step1: 打开连接
 channel = SocketChannel.open(socketAddress);
 //step2: 发送请求，使用 GBK 编码
 channel.write(charset.encode( GET   +  / HTTP/1.1  +  \r\n\r\n));
 //step3: 读取数据
 ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);//  创建 1024 字节的缓冲
 while (channel.read(buffer) != -1) {buffer.flip();// flip 方法在读缓冲区字节操作之前调用。System.out.println(charset.decode(buffer));
 //  使用 Charset.decode 方法将字节转换为字符串
 buffer.clear();//  清空缓冲} catch (IOException e) {System.err.println(e.toString());
 } finally {if (channel != null) {
 try {channel.close();
 } catch (IOException e) {public static void main(String[] args) {new BaiduReader().readHTMLContent();}

6.       非阻塞 IO

关于非阻塞 IO 将从何为阻塞、何为非阻塞、非阻塞原理和异步核心 API 几个方面来理解。

何为阻塞？

一个常见的网络 IO 通讯流程如下 :

该网络通讯过程来理解一下何为阻塞 :

在以上过程中若连接还没到来，那么 accept 会阻塞 , 程序运行到这里不得不挂起，CPU 转而执行其他线程。

在以上过程中若数据还没准备好，read 会一样也会阻塞。

阻塞式网络 IO 的特点：多线程处理多个连接。每个线程拥有自己的栈空间并且占用一些 CPU 时间。每个线程遇到外部为准备好的时候，都会阻塞掉。阻塞的结果就是会带来大量的进程上下文切换。且大部分进程上下文切换可能是无意义的。比如假设一个线程监听一个端口，一天只会有几次请求进来，但是该 cpu 不得不为该线程不断做上下文切换尝试，大部分的切换以阻塞告终。

何为非阻塞？

下面有个隐喻：

一辆从 A 开往 B 的公共汽车上，路上有很多点可能会有人下车。司机不知道哪些点会有哪些人会下车，对于需要下车的人，如何处理更好？

1. 司机过程中定时询问每个乘客是否到达目的地，若有人说到了，那么司机停车，乘客下车。(类似阻塞式)

2. 每个人告诉售票员自己的目的地，然后睡觉，司机只和售票员交互，到了某个点由售票员通知乘客下车。(类似非阻塞)

很显然，每个人要到达某个目的地可以认为是一个线程，司机可以认为是 CPU。在阻塞式里面，每个线程需要不断的轮询，上下文切换，以达到找到目的地的结果。而在非阻塞方式里，每个乘客 (线程) 都在睡觉 (休眠)，只在真正外部环境准备好了才唤醒，这样的唤醒肯定不会阻塞。

  非阻塞的原理

把整个过程切换成小的任务，通过任务间协作完成。

由一个专门的线程来处理所有的 IO 事件，并负责分发。

事件驱动机制：事件到的时候触发，而不是同步的去监视事件。

线程通讯：线程之间通过 wait,notify 等方式通讯。保证每次上下文切换都是有意义的。减少无谓的进程切换。

以下是异步 IO 的结构：

Reactor 就是上面隐喻的售票员角色。每个线程的处理流程大概都是读取数据、解码、计算处理、编码、发送响应。

到此，相信大家对“  Java 中 Buffer 和 Chanel 怎么使用”有了更深的了解，不妨来实际操作一番吧！这里是丸趣 TV 网站，更多相关内容可以进入相关频道进行查询，关注我们，继续学习！