(七) 新I/O

Java SE 1.4引入大量用于改进输入/输出处理机制的特性，它们位于java.nio包中，合称"新I/O"
包含特性:字符集编码器和解码器，非阻塞的I/O，内存映射文件和文件加锁机制。

1.内存映射文件
大多数操作系统可以利用虚拟内存实现将一个文件或文件的一部分"映射"到内存中。然后这个文件就可以当作是内存数组一样地访问，比传统的文件操作要快的多。
对于中等尺寸的文件的顺序读入没有必要使用内存映射。
(1)从文件中获得一个通道(channel)，通道是用于磁盘对象的一种抽象，它使我们可以访问诸如内存映射、文件加锁机制以及文件快速数据传递等操作系统特性。
通过getChannel方法获得通道，这个方法已经添加到了FileInputStream、FileOutputStream和RandomAccessFile类中

    FileInputStream in = new FileInputStream(file);
    FileChannel channel = in.getChannel();

 

(2)通过FileChannel类的 map 方法从这个通道中获得一个 MappedByteBuffer 。并可以指定三种文件区域与映射模式
1)FileChannel.MapMode.READ_ONLY:所产生的缓冲区是只读的，任何对该缓冲区写入的尝试都会导致ReadOnlyBufferException异常。
2)FileChannel.MapMode.READ_WRITE:所产生的缓冲区是可写的，任何修改都会在某个时刻写回到文件中。
  注意:其他映射同一个文件的程序可能不能立即看到这些修改，多个程序同时进行文件映射的确切行为是依赖于操作系统的。
3)FileChannel.MapMode.PRIVATE:所产生的缓冲区是可写的，但是任何修改对这个缓冲区来说都是私有的，不会传播到文件中。
(3)通过ByteBuffer类和Buffer超类的方法对缓冲区(MappedByteBuffer 直接字节缓冲区)进行数据读写操作。
1)缓冲区支持顺序和随机数据访问，它有一个可以通过get和put操作来推动的位置。
2)顺序遍历缓冲区中的所有字节:

    while(buffer.hasRemaining()){
        byte b = buffer.get();
    }

 

3)进行随机访问

    for(int i=0;i<buffer.limit();i++){
        byte b = buffer.get(i);
    }

 

4)读写字符数组 get(byte[] bytes) 和 get(byte[] bytes, int offset, int length)
5)其他方法 getInt,getLong,getShort,getChar,getFloat,getDouble，这些方法可以用来读入存储为二进制值的基本类型。
6)Java对二进制数据使用高位在前的排序机制，如果需要处理的文件包含低位在前的二进制数字，使用方法 buffer.order(ByteOrder.LITTLE_ENDIAN);
7)查询缓冲区内当前的字节顺序，调用 ByteOrder b = buffer.order();

 

2.缓冲区数据结构
缓冲区是由具有相同类型的数值构成的数组，Buffer是一个抽象类，它具有众多的具体子类，其中最长用的是ByteBuffer和CharBuffer,包括ByteBuffer,CharBuffer,DoubleBuffer,IntBuffer,LongBuffer和ShortBuffer。
注意:StringBuffer类和缓冲区没有关系。

每个缓冲区具有:
一个容量，它永远不能改变。
一个读写位置，下一个值将在此进行读写。
一个界限，超过它进行读写是没有意义的。
一个可选的标记，用于重复一个读入或写出操作。
这些值满足 : 0<=标记<=位置<=界限<=容量

(1)使用缓冲区的主要目的是执行"写，然后读入"循环。 假设一个缓冲区，一开始位置为0，界限等于容量。不断调用put将值添加到这个缓冲区中，当耗尽所有的数据或写出的数据量达到容量大小时，就切换到读出操作。
(2)这时调用flip方法将界限设置到当前位置，并把位置复位到0。现在在remaining方法返回正数时(返回值为“界限-位置”)，不断的调用get。
(3)在将缓冲区中所有的值都读入之后，调用clear使缓冲区为下一次写循环做好准备。clear方法将位置复位到0，并将界限复位到容量。
(4)重新读入缓冲区，使用rewind或mark/reset方法。

 

 

3.文件加锁机制
多个同时执行的文件需要修改同一个文件的情况下，这个文件很容易被破坏。
文件锁可以控制对文件或文件中某个范围的字节的访问，但是文件加锁机制在不同的操作系统之间变化很大
(1)锁定一个文件可以调用FileChannel类的lock或tryLock方法 FileLock lock = channel.lock();  或 FileLock lock = channel.tryLock();
其中lock调用会阻塞直至可获得锁；tryLock将立刻返回，锁不可用的情况下返回null。这个文件将保持锁定状态，直至这个通道关闭，或者在锁上再调用了release方法。
(2)还可以调用锁定文件的一部分 FileLock lock(long start, long size, boolean exclusive) 或 FileLock trylock(long start, long size, boolean exclusive)
如果exclusive标志为true，则锁定文件的目的读写，而如果为false，则这是一个共享锁，允许多个进程从文件中读入，并阻止任何进程获得独占的锁。并非所有的操作系统都支持共享锁，可能请求共享锁返回独占锁，调用FileLock类的isShared方法确认持有锁的类型。
如果锁定了文件的尾部，但文件的长度随后增长，那么增长出来的额外区域是不锁定的，可以使用Long.MAX_VALUE来锁定所有字节。
注意 : 因为文件加锁机制是依赖于操作系统的所以
(1)在某些系统中，文件加锁仅仅是建议性的，如果一个应用未能得到锁，它仍旧可以被另一个应用并发锁定的文件执行写操作。
(2)在某些系统中，不能在锁定一个文件的同时将其映射到内存中。
(3)文件锁是由整个JAVA虚拟机持有的，如果有两个程序是由同一个虚拟机启动的，那么它们不可能每一个都获得一个在同一个文件上的锁。如果对虚拟机一个文件已经持有锁，再调用lock和tryLock时，会抛出OverlappingFileLockException。
(4)在一些系统中，关闭一个通道会释放由Java虚拟机持有的潜在文件上所有的锁，因此同一个加锁文件应避免使用多个锁。
(5)在网络化的文件系统上锁定文件是高度依赖于系统的。应避免使用。