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Java NIO(New Input/Output)——新的輸出/輸入API包——是2002年引入到J2SE 1.4裡的。Java NIO的目的是進步Java平台上的I/O密集型義務的機能。過了十年，許多Java開辟者照樣不曉得怎樣充足應用NIO，更少的人曉得在Java SE 7裡引入了更新的輸出/輸入 API（NIO.2）。NIO和NIO.2關於Java平台最年夜的進獻是進步了Java運用開辟中的一個焦點組件的機能：輸出/輸入處置。不外這兩個包都不是很好用，而且它們也不是實用於一切的場景。假如可以或許准確地應用的話，Java NIO和NIO.2可以年夜年夜削減一些經常使用I/O操作所花的時光。這就是NIO和NIO.2所具有的超才能，我會在這篇文章裡向你展現5種應用它們的簡略方法。
變革告訴（由於每一個事宜都須要一個監聽者）
選擇器和異步IO：經由過程選擇器來進步多路復用
通道——許諾與實際
內存映照——好鋼用在刀刃上
字符編碼和搜刮
NIO的配景
為何一個曾經存在10年的加強包照樣Java的新I/O包呢？緣由是關於年夜多半的Java法式員而言，根本的I/O操作都可以或許勝任。在平常任務中，年夜部門的Java開辟者沒有需要去進修NIO。更進一步，NIO不只僅是一特性能晉升包。相反，它是一個和Java I/O相干的分歧功效的聚集。NIO經由過程使得Java運用的機能“加倍接近本質”來到達機能晉升的後果，也就是意味著NIO和NIO.2的API裸露了低條理的體系操作的進口。NIO的價值就是它在供給更壯大的I/O掌握才能的同時，也請求我們比應用根本的I/O編程加倍仔細地應用和演習。NIO的另外一特色是它關於運用法式的表示力的存眷，這個我們會鄙人面的演習中看到。
開端進修NIO和NIO.2
NIO的參考材料異常多——參考材料當選取的一些鏈接。要進修NIO和NIO.2的話，Java 2 SDK Standard Edition(SE) documentation 和 Java SE 7 documentation 都是弗成或缺的。要應用這篇文章裡的代碼，你須要應用JDK 7或許更高的版本。
關於許多開辟者而言，它們第一次碰到NIO都能夠是在保護運用的時刻：一個功效正常的運用呼應愈來愈慢，是以有人建議應用NIO來進步呼應速度。NIO在晉升運用機能的時刻顯得比擬出眾，不外詳細的成果取決於底層體系.(留意NIO是平台相干的)。假如你是第一次應用NIO的話，你須要細心權衡。你會發明NIO晉升機能的才能不只僅取決於OS，同時也取決於你所應用的JVM，主機的虛擬高低文，年夜容量存儲的特征乃至和數據也是相干的。是以，機能權衡的任務是比擬難做的。特別是當你的體系存在一個可挪動的安排情況的時刻，你須要特殊留意。
懂得了下面的內容後，我們沒有後顧之憂了，如今就來體驗一下NIO和NIO.2的5個主要的功效。
1. 變革告訴（由於每一個事宜都須要一個監聽者）
對NIO和NIO.2有興致的開辟者的配合存眷點在於Java運用的機能。依據我的經歷，NIO.2裡的文件變革告訴者（file change notifier）是新輸出/輸入API裡最使人感興致（被低估了）的特征。
許多企業級運用須要鄙人面的情形時做一些特別的處置：
當一個文件上傳到一個FTP文件夾裡時
當一個設置裝備擺設裡的界說被修正時
當一個草稿文檔被上傳時
其他的文件體系事宜湧現時
這些都是變革告訴或許變革呼應的例子。在Java（和其他說話）的晚期版本裡，輪詢（polling）是檢測這些變革事宜的最好方法。輪詢是一種特別的無窮輪回：檢討文件體系或許其他對象，而且和之前的狀況比較，假如沒有變更，在年夜概幾百個毫秒或許10秒的距離後，持續檢討。就這一向無窮輪回下去。
NIO.2供給了一個更好處所式來停止變革檢測。列表1是一個簡略的示例。
列表1. NIO.2裡的變革告訴機制
import java.nio.file.attribute.*;
importjava.io.*;
importjava.util.*;
importjava.nio.file.Path;
importjava.nio.file.Paths;
importjava.nio.file.StandardWatchEventKinds;
importjava.nio.file.WatchEvent;
importjava.nio.file.WatchKey;
importjava.nio.file.WatchService;
importjava.util.List;
publicclassWatcher{
publicstaticvoidmain(String[]args){
Paththis_dir=Paths.get(".");
System.out.println("Nowwatchingthecurrentdirectory...");
try{
WatchServicewatcher=this_dir.getFileSystem().newWatchService();
this_dir.register(watcher,StandardWatchEventKinds.ENTRY_CREATE);
WatchKeywatckKey=watcher.take();
List<WatchEvent<<64;>>events=watckKey.pollEvents();
for(WatchEventevent:events){
System.out.println("Someonejustcreatedthefile'"+event.context().toString()+"'.");
}
}catch(Exceptione){
System.out.println("Error:"+e.toString());
}
}
}
編譯這段代碼，然後在敕令行裡履行。在雷同的目次下，創立一個新的文件，例如運轉touchexample或許copyWatcher.classexample敕令。你會看到上面的變革告訴新聞：
Someonejustcreatethefiel‘example1′.
這個簡略的示例展現了怎樣開端應用JavaNIO的功效。同時，它也引見了NIO.2的Watcher類，它比擬較原始的I/O中的輪詢計劃而言，顯得加倍直接和易用。
留意拼寫毛病
當你從這篇文章裡拷貝代碼時，留意拼寫毛病。例如，列表1種的StandardWatchEventKinds對象是單數的情勢。即便在Java.net的文檔裡都把它給拼寫錯了。
小技能
NIO裡的告訴機制比老的輪詢方法應用起來加倍簡略，如許會引誘你疏忽對詳細需求的具體剖析。當你在你第一次應用一個監聽器的時刻，你須要細心斟酌你所應用的這些概念的語義。例如，曉得一個變革甚麼時刻會停止比曉得它甚麼時刻開端加倍主要。這類剖析須要異常細心，特別是像挪動FTP文件夾這類罕見的場景。NIO是一個功效異常壯大的包，但同時它還會有一些奧妙的“圈套”，這會給那些不熟習它的人帶來困擾。
2.選擇器和異步IO：經由過程選擇器來進步多路復用
NIO老手普通都把它和“非壅塞輸出/輸入”接洽在一路。NIO不只僅只長短壅塞I/O，不外這類認知也不完整是錯的：Java的根本I/O是壅塞式I/O——意味著它會一向期待到操作完成——但是，非壅塞或許異步I/O是NIO裡最經常使用的一個特色，而非NIO的全體。
NIO的非壅塞I/O是事宜驅動的，而且在列表1裡文件體系監聽示例裡停止了展現。這就意味著給一個I/O通道界說一個選擇器（回調或許監聽器），然後法式可以持續運轉。當一個事宜產生在這個選擇器上時——例如吸收到一行輸出——選擇器會“醒來”而且履行。一切的這些都是經由過程一個單線程來完成的，這和Java的尺度I/O有著明顯的差異的。
列表2裡展現了應用NIO的選擇器完成的一個多端口的收集法式echo-er，這裡是修正了GregTravis在2003年創立的一個小法式（參考資本列表）。Unix和類Unix體系很早就曾經完成高效的選擇器，它是Java收集高機能編程模子的一個很好的參考模子。
列表2.NIO選擇器
importjava.io.*;
importjava.net.*;
importjava.nio.*;
importjava.nio.channels.*;
importjava.util.*;
publicclassMultiPortEcho
{
privateintports[];
privateByteBufferechoBuffer=ByteBuffer.allocate(1024);
publicMultiPortEcho(intports[])throwsIOException{
this.ports=ports;
configure_selector();
}
privatevoidconfigure_selector()throwsIOException{
//Createanewselector
Selectorselector=Selector.open();
//Openalisteneroneachport,andregistereachone
//withtheselector
for(inti=0;i<ports.length;++i){
ServerSocketChannelssc=ServerSocketChannel.open();
ssc.configureBlocking(false);
ServerSocketss=ssc.socket();
InetSocketAddressaddress=newInetSocketAddress(ports[i]);
ss.bind(address);
SelectionKeykey=ssc.register(selector,SelectionKey.OP_ACCEPT);
System.out.println("Goingtolistenon"+ports[i]);
}
while(true){
intnum=selector.select();
SetselectedKeys=selector.selectedKeys();
Iteratorit=selectedKeys.iterator();
while(it.hasNext()){
SelectionKeykey=(SelectionKey)it.next();
if((key.readyOps()&SelectionKey.OP_ACCEPT)
==SelectionKey.OP_ACCEPT){
//Acceptthenewconnection
ServerSocketChannelssc=(ServerSocketChannel)key.channel();
SocketChannelsc=ssc.accept();
sc.configureBlocking(false);
//Addthenewconnectiontotheselector
SelectionKeynewKey=sc.register(selector,SelectionKey.OP_READ);
it.remove();
System.out.println("Gotconnectionfrom"+sc);
}elseif((key.readyOps()&SelectionKey.OP_READ)
==SelectionKey.OP_READ){
//Readthedata
SocketChannelsc=(SocketChannel)key.channel();
//Echodata
intbytesEchoed=0;
while(true){
echoBuffer.clear();
intnumber_of_bytes=sc.read(echoBuffer);
if(number_of_bytes<=0){
break;
}
echoBuffer.flip();
sc.write(echoBuffer);
bytesEchoed+=number_of_bytes;
}
System.out.println("Echoed"+bytesEchoed+"from"+sc);
it.remove();
}
}
}
}
staticpublicvoidmain(Stringargs[])throwsException{
if(args.length<=0){
System.err.println("Usage:javaMultiPortEchoport[portport...]");
System.exit(1);
}
intports[]=newint[args.length];
for(inti=0;i<args.length;++i){
ports[i]=Integer.parseInt(args[i]);
}
newMultiPortEcho(ports);
}
}
編譯這段代碼，然後經由過程相似於javaMultiPortEcho80058006如許的敕令來啟動它。一旦這個法式運轉勝利，啟動一個簡略的telnet或許其他的終端模仿器來銜接8005和8006接口。你會看到這個法式會回顯它吸收到的一切字符——而且它是經由過程一個Java線程來完成的。
3.通道：許諾與實際
在NIO裡，一個通道（channel）可以表現任何可以讀寫的對象。它的感化是為文件和套接口供給籠統。NIO通道支撐一系列分歧的辦法，如許就使得編碼的時刻不須要去特殊關懷分歧的對象，不管它是尺度輸入，收集銜接照樣正在應用的通道。通道的這個特征是繼續自Java根本I/O中的流（stream）。流（stream）供給了壅塞式的IO；通道支撐異步I/O。
NIO常常會由於它的機能高而被推舉，不外更精確地是由於它的呼應疾速。在有些場景下NIO會比根本的JavaI/O的機能要差。例如，關於一個小文件的簡略的次序讀寫，簡略經由過程流來完成的機能能夠比對應的面向事宜的基於通道的編碼完成的快兩到三倍。同時，非多路復用（non-multiplex）的通道——也就是每一個線程一個零丁的通道——要比多個通道把各自的選擇器注冊在統一個線程裡要慢多了。
上面你在斟酌是應用流照樣通道的時刻，試著問本身上面幾個成績：
你須要讀寫若干個I/O對象？
分歧的I/O對象直接能否有有次序，照樣他們都須要同時產生的？
你的I/O對象是須要連續一小段時光照樣在你的過程的全部聲明周期都存在？
你的I/O是合適在單個線程裡處置照樣在幾個分歧的線程裡？
收集通訊和當地I/O是看起來一樣，照樣各自有著分歧的形式？
如許的剖析是決議應用流照樣通道的一個最好理論。記住：NIO和NIO.2不是根本I/O的替換，而它的一個彌補。
4.內存映照——好鋼用在刀刃上
NIO裡對機能晉升最明顯的是內存映照（memorymapping）。內存映照是一個體系層面的辦事，它把法式裡用到的文件的一段看成內存來處置。
內存映照存在許多潛伏的影響，比我這裡供給的要多。在一個更高的條理上，它可以或許使得文件拜訪的I/O的機能到達內存拜訪的速度。內存拜訪的速度常常比文件拜訪的速度快幾個數目級。列表3是一個NIO內存映照的一個簡略示例。
列表3.NIO裡的內存映照
importjava.io.RandomAccessFile;
importjava.nio.MappedByteBuffer;
importjava.nio.channels.FileChannel;
publicclassmem_map_example{
privatestaticintmem_map_size=20*1024*1024;
privatestaticStringfn="example_memory_mapped_file.txt";
publicstaticvoidmain(String[]args)throwsException{
RandomAccessFilememoryMappedFile=newRandomAccessFile(fn,"rw");
//Mappingafileintomemory
MappedByteBufferout=memoryMappedFile.getChannel().map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE,0,mem_map_size);
//WritingintoMemoryMappedFile
for(inti=0;i<mem_map_size;i++){
out.put((byte)'A');
}
System.out.println("File'"+fn+"'isnow"+Integer.toString(mem_map_size)+"bytesfull.");
//Readfrommemory-mappedfile.
for(inti=0;i<30;i++){
System.out.print((char)out.get(i));
}
System.out.println("\nReadingfrommemory-mappedfile'"+fn+"'iscomplete.");
}
}
在列表3中，這個簡略的示例創立了一個20M的文件example_memory_mapped_file.txt，而且用字符A對它停止填充，然後讀取前30個字節。在現實的運用中，內存映照不只僅善於進步I/O的原始速度，同時它也許可多個分歧的reader和writer同時處置統一個文件鏡像。這個技巧功效壯大然則也很風險，不外假如准確應用的話，它會使得你的IO速度進步數倍。盡人皆知，華爾街的生意業務操作為了可以或許博得秒級乃至是毫秒級的優勢，都應用了內存映照技巧。
5.字符編碼和搜刮
我在這篇文章裡要講授的NIO的最初一個特征是charset，一個用來轉換分歧字符編碼的包。在NIO之前，Java經由過程getByte辦法內置完成了年夜部門雷同的功效。charset很受迎接，由於它比getBytes加倍靈巧，而且可以或許在更底層去完成，如許就可以夠取得更好的機能。這個關於搜刮那些關於編碼、次序和其他說話特色比擬敏感的非英語說話而言加倍有價值。
列表4展現了一個把Java裡的Unicode字符轉換成Latin-1的示例
列表4.NIO裡的字符
Stringsome_string="ThisisastringthatJavanativelystoresasUnicode.";
Charsetlatin1_charset=Charset.forName("ISO-8859-1");
CharsetEncodelatin1_encoder=charset.newEncoder();
ByteBufferlatin1_bbuf=latin1_encoder.encode(CharBuffer.wrap(some_string));
留意Charset和通道被設計成可以或許放在一路停止應用，如許就可以夠使得法式在內存映照、異步I/O和編碼轉換停止協作的時刻，可以或許正常運轉。
總結：固然還有更多須要去懂得
這篇文章的目標是為了讓Java開辟者可以或許熟習NIO和NIO.2裡的一些最重要（也是最有效）的功效。你可以經由過程這些示例樹立起來的一些基本來懂得NIO的一些其他辦法；例如，你所進修的關於通道的常識可以或許贊助你去懂得NIO的Path裡關於文件體系裡的符號鏈接的處置。你也能夠參考一下我前面給出的資本列表，外面給出了一些深刻進修Java新I/OAPI的文檔。
