在jdk 1.4以前，java的io操作集中在java.io这个包中，是基于流的同步（blocking）api。对于大多数应用来说，这样的api使用很方便，然而，一些对性能要求较高的应用，尤其是服务端应用，往往需要一个更为有效的方式来处理io。从jdk 1.4起，nio api作为一个基于缓冲区，并能提供异步(non-blocking)io操作的api被引入。本文对其进行深入的介绍。



nio api主要集中在java.nio和它的subpackages中：



java.nio

定义了buffer及其数据类型相关的子类。其中被java.nio.channels中的类用来进行io操作的bytebuffer的作用非常重要。



java.nio.channels

定义了一系列处理io的channel接口以及这些接口在文件系统和网络通讯上的实现。通过selector这个类，还提供了进行异步io操作的办法。这个包可以说是nio api的核心。



java.nio.channels.spi

定义了可用来实现channel和selector api的抽象类。



java.nio.charset

定义了处理字符编码和解码的类。



java.nio.charset.spi

定义了可用来实现charset api的抽象类。



java.nio.channels.spi和java.nio.charset.spi这两个包主要被用来对现有nio api进行扩展，在实际的使用中，我们一般只和另外的3个包打交道。下面将对这3个包一一介绍。



package java.nio

这个包主要定义了buffer及其子类。buffer定义了一个线性存放primitive type数据的容器接口。对于除boolean以外的其他primitive type，都有一个相应的buffer子类，bytebuffer是其中最重要的一个子类。



下面这张uml类图描述了java.nio中的类的关系：






buffer

定义了一个可以线性存放primitive type数据的容器接口。buffer主要包含了与类型（byte, char…）无关的功能。值得注意的是buffer及其子类都不是线程安全的。



每个buffer都有以下的属性：



capacity

这个buffer最多能放多少数据。capacity一般在buffer被创建的时候指定。

limit

在buffer上进行的读写操作都不能越过这个下标。当写数据到buffer中时，limit一般和capacity相等，当读数据时，limit代表buffer中有效数据的长度。

position

读/写操作的当前下标。当使用buffer的相对位置进行读/写操作时，读/写会从这个下标进行，并在操作完成后，buffer会更新下标的值。

mark

一个临时存放的位置下标。调用mark()会将mark设为当前的position的值，以后调用reset()会将position属性设置为mark的值。mark的值总是小于等于position的值，如果将position的值设的比mark小，当前的mark值会被抛弃掉。



这些属性总是满足以下条件：

0 <= mark <= position <= limit <= capacity



limit和position的值除了通过limit()和position()函数来设置，也可以通过下面这些函数来改变：



buffer clear()

把position设为0，把limit设为capacity，一般在把数据写入buffer前调用。

buffer flip()

把limit设为当前position，把position设为0，一般在从buffer读出数据前调用。

buffer rewind()

把position设为0，limit不变，一般在把数据重写入buffer前调用。



buffer对象有可能是只读的，这时，任何对该对象的写操作都会触发一个readonlybufferexception。isreadonly()方法可以用来判断一个buffer是否只读。



bytebuffer

在buffer的子类中，bytebuffer是一个地位较为特殊的类，因为在java.io.channels中定义的各种channel的io操作基本上都是围绕bytebuffer展开的。



bytebuffer定义了4个static方法来做创建工作：



bytebuffer allocate(int capacity)

创建一个指定capacity的bytebuffer。

bytebuffer allocatedirect(int capacity)

创建一个direct的bytebuffer，这样的bytebuffer在参与io操作时性能会更好（很有可能是在底层的实现使用了dma技术），相应的，创建和回收direct的bytebuffer的代价也会高一些。isdirect()方法可以检查一个buffer是否是direct的。

bytebuffer wrap(byte [] array)

bytebuffer wrap(byte [] array, int offset, int length)

把一个byte数组或byte数组的一部分包装成bytebuffer。



bytebuffer定义了一系列get和put操作来从中读写byte数据，如下面几个：



byte get()

bytebuffer get(byte [] dst)

byte get(int index)



bytebuffer put(byte b)

bytebuffer put(byte [] src)

bytebuffer put(int index, byte b)



这些操作可分为绝对定位和相对定为两种，相对定位的读写操作依靠position来定位buffer中的位置，并在操作完成后会更新position的值。

在其它类型的buffer中，也定义了相同的函数来读写数据，唯一不同的就是一些参数和返回值的类型。



除了读写byte类型数据的函数，bytebuffer的一个特别之处是它还定义了读写其它primitive数据的方法，如：



int getint()

从bytebuffer中读出一个int值。

bytebuffer putint(int value)

写入一个int值到bytebuffer中。



读写其它类型的数据牵涉到字节序问题，bytebuffer会按其字节序（大字节序或小字节序）写入或读出一个其它类型的数据（int,long…）。字节序可以用order方法来取得和设置：



byteorder order()

返回bytebuffer的字节序。

bytebuffer order(byteorder bo)

设置bytebuffer的字节序。



bytebuffer另一个特别的地方是可以在它的基础上得到其它类型的buffer。如：



charbuffer ascharbuffer()

为当前的bytebuffer创建一个charbuffer的视图。在该视图buffer中的读写操作会按照bytebuffer的字节序作用到bytebuffer中的数据上。



用这类方法创建出来的buffer会从bytebuffer的position位置开始到limit位置结束，可以看作是这段数据的视图。视图buffer的readonly属性和direct属性与bytebuffer的一致，而且也只有通过这种方法，才可以得到其他数据类型的direct buffer。



byteorder

用来表示bytebuffer字节序的类，可将其看成java中的enum类型。主要定义了下面几个static方法和属性：



byteorder big_endian

代表大字节序的byteorder。

byteorder little_endian

代表小字节序的byteorder。

byteorder nativeorder()

返回当前硬件平台的字节序。



mappedbytebuffer

bytebuffer的子类，是文件内容在内存中的映射。这个类的实例需要通过filechannel的map()方法来创建。





接下来看看一个使用bytebuffer的例子，这个例子从标准输入不停地读入字符，当读满一行后，将收集的字符写到标准输出：

public static void main(string [] args)

throws ioexception

{

// 创建一个capacity为256的bytebuffer

bytebuffer buf = bytebuffer.allocate(256);

while (true) {

// 从标准输入流读入一个字符

int c = system.in.read();

// 当读到输入流结束时，退出循环

if (c == -1)

break;



// 把读入的字符写入bytebuffer中

buf.put((byte) c);

// 当读完一行时，输出收集的字符

if (c == '/n') {

// 调用flip()使limit变为当前的position的值,position变为0,

// 为接下来从bytebuffer读取做准备

buf.flip();

// 构建一个byte数组

byte [] content = new byte[buf.limit()];

// 从bytebuffer中读取数据到byte数组中

buf.get(content);

// 把byte数组的内容写到标准输出

system.out.print(new string(content));

// 调用clear()使position变为0,limit变为capacity的值，

// 为接下来写入数据到bytebuffer中做准备

buf.clear();

}

}

}