摘要：也支持鎖定部分內容，使用即可，其中為時，表明該鎖是一個共享鎖，可以允許多個縣城讀取文件，但阻止其他進程獲得該文件的排他鎖。當為時，表明是一個排他鎖，它將鎖住對該文件的讀寫。默認獲取的是排他鎖。

BufferedReader有一個特征，就是讀取輸入流中的數據時，如果沒有讀到有效數據，程序將在此處阻塞該線程的執行（使用InputStream的read方法從流中讀取數據時，也有這樣的特性），java.io下面的輸入輸出流都是阻塞式的。不僅如此，傳統的輸入輸出流都是通過字節的移動來處理的，及時我們不直接去處理字節流，單底層的實現還是依賴于字節處理，也就是說，面向流的輸入輸出系統一次只能處理一個字節，因此面向流的輸入輸出系統通常效率都不高。

為了解決上面的問題，NIO就出現了。NIO采用內存映射文件來處理輸入輸出，NIO將文件或文件的一段區域映射到內存中，這樣就可以像訪問內存一樣來訪問文件了。（這種方式模擬了操作系統上虛擬內存的概念），通過這種方式進行輸入輸出要快得多。

Channel（通道）和Buffer（緩沖）是NIO中兩個核心對象。Channel是對傳統的輸入輸出系統的模擬，在NIO系統中所有的數據都需要通過通道傳輸，Channel與傳統的InputStream、OutputStream最大的區別就是提供了一個map()方法，通過它可以直接將“一塊數據”映射到內存中。如果說傳統IO是面向流的處理，那么NIO是面向塊的處理。

Buffer可以被理解為一個容器，它的本質是一個數組，發送到Channel中所有的對象都必須首先放到Buffer中，從而Channel中讀取的數據也必須先放到Buffer中。Buffer既可以一次次從Channel取數據，也可以使用Channel直接將文件的某塊數據映射成Buffer。

除了Channel和Buffer之外，NIO還提供了用于將Unicode字符串映射成字節序列以及逆映射操作的Charset類，也提供了用于支持非阻塞式輸入輸出的Selector類。

在Buffer中有三個重要的概念：

容量（capacity）：表示Buffer的大小，創建后不能呢過改變；

界限（limit）：第一個不能被讀寫的緩沖區的位置，也就是后面的數據不能被讀寫；

位置（position）：用于指明下一個可以被讀寫的緩沖區位置索引。當從Channel讀取數據的時候，position的值就等于讀到了多少數據。

Buffer的主要作用就是裝入數據，然后輸出數據。當裝入數據結束時，調用flip()方法，該方法將limit設為position所在位置，將position的值設為0，為輸出數據做好準備。當輸出數據結束后，調用clear()方法，將position的值設為0，limit設為capacity，為下一次的裝入數據做準備。

常用的Buffer是CharBuffer和ByteBuffer。

使用put()和get()方法進行數據的放入和讀取，分為相對和絕對兩種：

相對：從Buffer當前position位置開始讀取或者寫入數據，然后將position的值按處理元素的個數增加；

絕對：直接根據索引向Buffer中讀取和寫入數據，使用絕對方式訪問Buffer里的數據時，不會影響position的值。

代碼示例

package com.wangjun.othersOfJava;

import java.nio.CharBuffer;

public class NIOBufferTest {

    public static void main(String[] args) {
        //創建CharBuffer
        CharBuffer cb = CharBuffer.allocate(8);
        System.out.println("capacity:" + cb.capacity());
        System.out.println("limit:" + cb.limit());
        System.out.println("position:" + cb.position());
        //放入元素
        cb.put("a");
        cb.put("b");
        cb.put("c");
        System.out.println("加入三個元素后，position:" + cb.position());
        cb.flip();
        System.out.println("執行flip()后，limit:" + cb.limit());
        System.out.println("執行flip()后，position:" + cb.position());
        System.out.println("取出第一個元素： " + cb.get());
        System.out.println("取出第一個元素后，position：" + cb.position());
        //調用clear方法
        cb.clear();
        System.out.println("執行clear()后，limit:" + cb.limit());
        System.out.println("執行clear()后，position:" + cb.position());
        System.out.println("執行clear()后，數據沒有清空，第三個值是:" + cb.get(2));
        System.out.println("執行絕對讀取后，position：" + cb.position());
    }

}

通過allocate方法創建的是普通Buffer，還可以通過allocateDirect方法來創建直接Buffer，雖然創建成本比較高，但是讀寫快。因此適用于長期生存的Buffer，使用方法和普通Buffer類似。注意，只有ByteBuffer提供了此方法，其他類型的想用，可以將該Buffer轉成其他類型的Buffer。

Channel類似傳統的流對象，主要區別如下：

Channel可以直接將指定文件的部分或全部直接映射成Buffer。

程序不能直接訪問Channel中的數據，只能通過Buffer交互。

所有的Channel都不應該通過構造器來創建，而是通過傳統的InputStream、OutputStream的getChannel()方法來返回對應的Channel，不同的節點流獲取的Channel不一樣，比如FileInputStream返回的是FileChannel。

Channel常用的方法有三類：map()、read()、write()。map方法將Channel對應的部分或全部數據映射成ByteBuffer；read和write方法都有一系列的重載形式，這些方法用于從Buffer中讀取/寫入數據。

代碼示例

package com.wangjun.othersOfJava;

import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.nio.CharBuffer;
import java.nio.MappedByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.charset.Charset;
import java.nio.charset.CharsetDecoder;

/*
 * 將FileChannel的全部數據映射成ByteBuffer
 */
public class NIOChannelTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        File f = new File("NIOChannelTest.md");
        //java7新特性try括號內的資源會在try語句結束后自動釋放，前提是這些可關閉的資源必須實現 java.lang.AutoCloseable 接口。
        try(
            FileChannel inChannel = new FileInputStream(f).getChannel();
            FileChannel outChannel = new FileOutputStream("a.md").getChannel();
                ){
            //將FileChannel的全部數據映射成ByteBuffer
            //map方法的三個參數：1映射模式；2,3控制將哪些數據映射成ByteBuffer
            MappedByteBuffer buffer = inChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, f.length());
            //直接將buffer的數據全部輸出，完成文件的復制： NIOChannelTest.md -> a.md
            outChannel.write(buffer);
            
            //以下為了輸出文件字符串內容
            //使用GBK字符集來創建解碼器
            Charset charset = Charset.forName("GBK");
            //復原limit和position的位置
            buffer.clear();
            //創建解碼器
            CharsetDecoder decoder = charset.newDecoder();
            //使用解碼器將ByteBuffer轉成CharBuffer
            CharBuffer charBuffer = decoder.decode(buffer);
            System.out.println(charBuffer);
        }
    }

}

除了上面的一次性取數據，也可以分多次取數據

//如果Channel對應的文件過大，使用map方法一次性將所有文件內容映射到內存中可能會因此性能下降
//這時候我們可以適應Channel和Buffer進行多次重復取值
public static void getDataByArray() throws Exception {
  try(
    //創建文件輸入流
    FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("NIOChannelTest.md");
    FileChannel fileChannel = fileInputStream.getChannel();
  ){
    //定義一個ByteBuffer對象，用于重復取水
    ByteBuffer bbuff = ByteBuffer.allocate(64);
    while(fileChannel.read(bbuff) != -1) {
      bbuff.flip();
      Charset charset = Charset.forName("GBK");
      //創建解碼器
      CharsetDecoder decoder = charset.newDecoder();
      //使用解碼器將ByteBuffer轉成CharBuffer
      CharBuffer charBuffer = decoder.decode(bbuff);
      System.out.println(charBuffer);
      //為下一次讀取數據做準備
      bbuff.clear();
    }
  }
}

在NIO中，Java提供了文件鎖的支持，使用FileLock來支持文件鎖定功能，在FileChannel中提供lock()/tryLock()方法來獲取文件鎖FileLock對象，從而鎖定文件。lock和tryLock的區別是前者無法得到文件鎖的時候會阻塞，后者不會阻塞。也支持鎖定部分內容，使用lock(long position, long size, boolean shared)即可，其中shared為true時，表明該鎖是一個共享鎖，可以允許多個縣城讀取文件，但阻止其他進程獲得該文件的排他鎖。當shared為false時，表明是一個排他鎖，它將鎖住對該文件的讀寫。

默認獲取的是排他鎖。

代碼示例

package com.wangjun.othersOfJava;

import java.io.FileOutputStream;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.channels.FileLock;

public class FileLockTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        try(
            FileOutputStream fos = new FileOutputStream("a.md");
            FileChannel fc = fos.getChannel();
                ){
            //使用非阻塞方式對指定文件加鎖
            FileLock lock = fc.tryLock();
            Thread.sleep(3000);
            lock.release();//釋放鎖
        }
    }
}

Java7對原來的NIO進行了重大改進：

提供了全面的文件IO和文件系統訪問支持；

基于異步Channel的IO。

這里先簡單介紹一下對文件系統的支持，后續繼續學習。

NIO2提供了一下接口和工具類：

Path接口：通過和Paths工具類結合使用產生Path對象，可以獲取文件根路徑、絕對路徑、路徑數量等；

Files工具類：提供了很多靜態方法，比如復制文件、一次性讀取文件所有行、判斷是否為隱藏文件、判斷文件大小、遍歷文件和子目錄、訪問文件屬性等；

FileVisitor接口：代表一個文件訪問器，Files工具類使用walkFileTree方法遍歷文件和子目錄時，都會觸發FileVisitor中相應的方法，比如訪問目錄之前、之后，訪問文件時，訪問文件失敗時；

WatchService：監控文件的變化；

Java的NIO提供了與標準IO不同的工作方式：

Channels and Buffers（通道和緩沖區）：標準的IO基于字節流和字符流進行操作的，沒有被緩存在任何地方，而NIO是基于通道（Channel）和緩沖區（Buffer）進行操作，數據總是從通道讀取到緩沖區中，或者從緩沖區寫入到通道中，因此可以前后移動流中的數據；

Asynchronous IO（異步IO）：Java NIO可以讓你異步的使用IO，例如：當線程從通道讀取數據到緩沖區時，線程還是可以進行其他事情。當數據被寫入到緩沖區時，線程可以繼續處理它。從緩沖區寫入通道也類似。因為NIO將阻塞交給了后臺線程執行。而IO是阻塞的；

Selectors（選擇器）：選擇器允許一個多帶帶的線程可以監聽多個數據通道（（網絡連接或文件），你可以注冊多個通道使用一個選擇器，然后使用一個多帶帶的線程來“選擇”通道：這些通道里已經有可以處理的輸入，或者選擇已準備寫入的通道。這種選擇機制，使得一個多帶帶的線程很容易來管理多個通道。但付出的代價是解析數據可能會比從一個阻塞流中讀取數據更復雜。?

NIO

優勢在于一個線程管理多個通道；但是數據的處理將會變得復雜；

如果需要管理同時打開的成千上萬個連接，這些連接每次只是發送少量的數據，采用這種；

傳統的IO

適用于一個線程管理一個通道的情況；因為其中的流數據的讀取是阻塞的；

如果需要管理同時打開不太多的連接，這些連接會發送大量的數據；