Java NIO 前言

前言

计算机毫无用处，除了答案什么也没有。

——毕加索

　　本书介绍了Java平台上的高级输入／输出，具体点说，就是使用Java 2标准版（J2SE）软件开发包（SDK）1.4及以后版本进行的输入／输出。J2SE 1.4版代号Merlin，包含可观的I/O新特性，对此我们将作详细论述。这些新的I/O特性主要包含在java.nio软件包及其子包中，并被命名为New I/O（NIO）。通过本书，您将学会如何使用这些令人兴奋的新特性来极大地提升Java应用程序的I/O效率。

　　Java真正的归宿还在企业应用（何谓“企业应用”，恐怕还没有一个确切的定义），但与本地编译语言相比，Java在I/O领域一直处于劣势，这种情况直到J2SE SDK发布了1.4版以后才有了改观。Java的劣势源于其最大的优势：一次编写，到处运行。Java需要运行于虚拟机（即JVM）之上，为了保证Java字节码在各种JVM部署平台上运行效果一致，作些妥协是必须的。既然需要通用于不同的操作系统平台，那么，某种程度上就必须选择各种平台都接受的处理方案。

　　最切实地感受到妥协带来的后果的，莫过于I/O领域。虽然Java有一套完备的I/O类，但迄今为止还只是针对通用特性，通常位于高端抽象层，横跨各种操作系统。这些I/O类主要面向流数据，经常为了处理个别字节或字符，就要执行好几个对象层的方法调用。

　　这种面向对象的处理方法，将不同的I/O对象组合到一起，提供了高度的灵活性，但需要处理大量数据时，却可能对执行效率造成致命伤害。I/O的终极目标是效率，而高效的I/O往往又无法与对象形成一一对应的关系。高效的I/O往往意味着您要选择从A到B的最短路径，而执行大量I/O操作时，复杂性毁了执行效率。

　　传统Java平台上的I/O抽象工作良好，适应用途广泛。但是当移动大量数据时，这些I/O类可伸缩性不强，也没有提供当今大多数操作系统普遍具备的常用I/O功能，如文件锁定、非块I/O、就绪性选择和内存映射。这些特性对实现可伸缩性是至关重要的，对保持与非Java应用程序的正常交互也可以说是必不可少的，尤其是在企业应用层面，而传统的Java I/O机制却没有模拟这些通用I/O服务。

　　具体的企业在具体的系统上配置具体的应用，这里无关乎抽象。在现实世界，效率是大事——头等大事。企业购置的用于部署大型应用的计算机系统，其I/O性能异常卓越（系统供应商往往投入巨资进行研发），而Java迄今为止一直无法充分利用这一点。当企业的需求是以最快的速度传送大量数据时，样貌朴实但迅捷的解决方案往往胜过漂亮却动作迟缓的。总之一句话，时间就是金钱。

　　JDK 1.4是由Java社区进程（Java Community Process）主导发行的首个主要发行版。Java产品的用户和供应商可就Java平台需要引入什么新特性提出要求和建议，JCP（http://jcp.org/）为此提供了手段。本书的主题——Java New I/O（NIO）——就是这样一项提议的产物。Java规范请求#51（JSR 51, http://jcp.org/jsr/detail/51.jsp）包含了对高速、可伸缩I/O特性的详尽描述，借助这一特性，底层操作系统的I/O性能可以得到更好发挥。JSR 51的实现，其结果就是新增类组合到一起，构成了java.nio及其子包，以及java.util.regex软件包，同时现存软件包也相应作了几处修改。JCP网站详细介绍了JSR的运作流程，以及NIO从最初的提议到最终实现并发布的演进历程。

　　随着Merlin的发布，操作系统强大的I/O特性终于可以借助Java提供的工具得到充分发挥。论及I/O性能，Java再也不逊于任何一款编程语言。

组织形式

　　本书分六章，每章针对NIO的一个大的方面。第一章讨论一般I/O概念，为以后各章相关论述作了铺垫。第二至第四章论及NIO的核心内容：缓冲区、通道和选择器。接下来介绍新引入的正则表达式API。正则表达式的处理与I/O紧密贴合，亦被纳入JSR 51特征集之内。最后，我们看一下新的可插拔字符集映射系统，这也是NIO和JSR 51的组成部分。

以下概要，是专门为那些迫不及待往前赶的人准备的。

缓冲区（Buffers）

　　新的Buffer类是常规Java类和通道之间的纽带。原始数据元素组成的固定长度数组，封装在包含状态信息的对象中，存入缓冲区。缓冲区提供了一个会合点：通道既可提取放在缓冲区中的数据（写），也可向缓冲区存入数据供读取（读）。此外，还有一种特殊类型的缓冲区，用于内存映射文件。

　　第二章将详细讨论缓冲区对象。

通道（Channels）

　　NIO新引入的最重要的抽象是通道的概念。Channel对象模拟了通信连接，管道既可以是单向的（进或出），也可以是双向的（进和出）。可以把通道想象成连接缓冲区和I/O服务的捷径。

　　某些情况下，软件包中的旧类也可以使用通道。为了能够向与文件或套接字关联的通道进行存取，适当的地方都增加了新方法。

　　多数通道可工作在非阻塞模式下，这意味着更好的可伸缩性，尤其是与选择器一同使用的时候。

　　通道会在第三章作详细介绍。

文件锁定和内存映射文件（File locking and memory-mapped files）

　　新的FileChannel对象包含在java.nio.channels软件包内，提供许多面向文件的新特性，其中最有趣的两个是文件锁定和内存映射文件。

　　在多个进程协同工作的情况下，要协调各个进程对共享数据的访问，文件锁定是必不可少的工具。

　　将文件映射到内存，这样在您看来，磁盘上的文件数据就像是在内存中一样。这利用了操作系统的虚拟内存功能，无需在内存中实际保留一份文件的拷贝，就可实现文件内容的动态高速缓存。

　　文件锁定和内存映射文件也在第三章讨论。

套接字（Sockets）

　　套接字通道类为使用网络套接字实现交互提供了新方法。套接字通道可工作于非阻塞模式，并可与选择器一同使用。因此，多个套接字可实现多路传输，管理效率也比java.net提供的传统套接字更高。

　　三个新套接字通道，即ServerSocketChannel、SocketChannel和DatagramChannel，将在第三章讲到。

选择器（Selectors）

　　选择器可实现就绪性选择。Selector类提供了确定一或多个通道当前状态的机制。使用选择器，借助单一线程，就可对数量庞大的活动I/O通道实施监控和维护。

　　选择器会在第四章作详细介绍。

正则表达式（Regular expressions）

　　新增的java.util.regex软件包将类似Perl语言的正则表达式处理机制引入Java。这一人们期盼已久的特性有着广泛用途。

　　新的正则表达式API之所以被看成是NIO的组成部分，是因JSR 51把它与其他NIO特性放在一起作了详细说明。虽然它在许多方面与NIO的其他组成部分缺乏平行关系，但它在文件处理等众多领域都是极其有用的。

　　第五章讨论JDK 1.4正则表达式API。

字符集（Character sets）

　　java.nio.charsets提供了新类用于处理字符与字节流之间的映射关系。您可以对字符转换映射方式进行选择，也可以自己创建映射。

　　字符代码转换的相关问题在第六章讨论。

目标读者

　　本书为中高级Java程序员所写：他们熟练掌握这门语言，在完成大规模、复杂的数据处理任务时，有充分利用Java NIO所提供的新特性的愿望和需求。在写作的过程中，我假定您对JDK标准类软件包、面向对象的设计技巧、继承等等都有充分了解。我还假定您了解I/O在操作系统层面的基本工作原理，知道什么是文件，什么是套接字，什么是虚拟内存，诸如此类。第一章就这些概念作了高屋建瓴的回顾，但没有深度剖析。

　　如果您对Java平台上的I/O软件包尚处于摸索阶段，也许您应该先读一读Elliote Rusty Harold所著《Java I/O》（O'Reilly）（http://www.oreilly.com/catalog/javaio/）。那是一本关于java.io软件包的很好的入门教材。虽然可以把本书看作那本书的后续读物，但两者并无承接关系。本书重点关注的是如何利用新的java.nio软件包实现I/O性能的最大化。另外，本书还引入了一些新的I/O概念，这也超出了java.io软件包的范畴。

　　我们还探讨了字符集编码和正则表达式，这也是与NIO绑定在一起的新特征集的一部分。为软件国际化或专业应用使用字符集的程序员会对java.nio.charsets软件包感兴趣，第六章会有相关讨论。

　　如果您已转向Java，但时不时地需要回到Perl处理正则表达式，告诉您，以后再也不用了。新推出的java.util.regex软件包在标准JDK中包含了Perl 5所有的正则表达式功能，个别极其晦涩难懂的除外，此外还有几项创新。

软件及版本

　　本书描述了Java的I/O性能，尤其是java.nio和java.util.regex两个软件包。这两个软件包首次出现于J2SE 1.4版，所以，您必须拥有Java SDK 1.4（或以后）的可用版本，才能使用本书提供的素材。您可通过访问Sun公司网站http://java.sun.com/j2se/1.4/获得Java SDK。我还会在正文中使用J2SE SDK指代Java开发包（JDK），在本书范围内，二者含义相同。

　　本书基于2002年2月发布的SDK最终版本1.4.0。早前几个月，1.4 beta版已广为流传。在最终版本即将发布之前，NIO API作了重要修正。因此，您会发现本书所讲某些细节，与您在最终版本发布之前所知论述存在出入。本书根据所有已知的最后修正作了更新，应该不存在与最终版本1.4.0不一致之处。J2SE的后续版本可能引入与本书相冲突的内容，如果存在疑问，请参考与软件一同发布的技术文档。

　　本书包含众多实例，向您示范如何使用API。所有代码举例及相关信息都可从http://www.javanio.info/下载，更多实例和测试代码也可从该网站取得。NIO执行小组提供的额外代码示例可从http://java.sun.com/j2se/1.4/docs/guide/nio/example/取得。

评论

4 楼 thy779463753 2013-07-01  

楼主 您这个书写的非常好，不知道为什么没有后续的出来了，我非常期待啊。。

3 楼 貌似掉线 2013-01-24  

2 楼 pktangshao 2012-06-13  

  

1 楼 stona126 2011-03-23