Java NIO使用及原理分析（三）

转载自：李会军•宁静致远

 

在上一篇文章中介绍了缓冲区内部对于状态变化的跟踪机制，而对于NIO中缓冲区来说，还有很多的内容值的学习，如缓冲区的分片与数据共享，只读缓冲区等。在本文中我们来看一下缓冲区一些更细节的内容。

缓冲区的分配

在前面的几个例子中，我们已经看过了，在创建一个缓冲区对象时，会调用静态方法allocate()来指定缓冲区的容量，其实调用 allocate()相当于创建了一个指定大小的数组，并把它包装为缓冲区对象。或者我们也可以直接将一个现有的数组，包装为缓冲区对象，如下示例代码所示：

public class BufferWrap {

    public void myMethod()
    {
        // 分配指定大小的缓冲区
        ByteBuffer buffer1 = ByteBuffer.allocate(10);

        // 包装一个现有的数组
        byte array[] = new byte[10];
        ByteBuffer buffer2 = ByteBuffer.wrap( array );
    }
}

缓冲区分片

在NIO中，除了可以分配或者包装一个缓冲区对象外，还可以根据现有的缓冲区对象来创建一个子缓冲区，即在现有缓冲区上切出一片来作为一个新的缓冲区，但现有的缓冲区与创建的子缓冲区在底层数组层面上是数据共享的，也就是说，子缓冲区相当于是现有缓冲区的一个视图窗口。调用slice()方法可以创建一个子缓冲区，让我们通过例子来看一下：

import java.nio.*;

public class Program {
    static public void main( String args[] ) throws Exception {
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate( 10 );

        // 缓冲区中的数据0-9
        for (int i=0; i<buffer.capacity(); ++i) {
            buffer.put( (byte)i );
        }

        // 创建子缓冲区
        buffer.position( 3 );
        buffer.limit( 7 );
        ByteBuffer slice = buffer.slice();

        // 改变子缓冲区的内容
        for (int i=0; i<slice.capacity(); ++i) {
            byte b = slice.get( i );
            b *= 10;
            slice.put( i, b );
        }

        buffer.position( 0 );
        buffer.limit( buffer.capacity() );

        while (buffer.remaining()>0) {
            System.out.println( buffer.get() );
        }
    }
}

在该示例中，分配了一个容量大小为10的缓冲区，并在其中放入了数据0-9，而在该缓冲区基础之上又创建了一个子缓冲区，并改变子缓冲区中的内容，从最后输出的结果来看，只有子缓冲区“可见的”那部分数据发生了变化，并且说明子缓冲区与原缓冲区是数据共享的，输出结果如下所示：

 

只读缓冲区

只读缓冲区非常简单，可以读取它们，但是不能向它们写入数据。可以通过调用缓冲区的asReadOnlyBuffer()方法，将任何常规缓冲区转 换为只读缓冲区，这个方法返回一个与原缓冲区完全相同的缓冲区，并与原缓冲区共享数据，只不过它是只读的。如果原缓冲区的内容发生了变化，只读缓冲区的内容也随之发生变化：

 

import java.nio.*;

public class Program {
    static public void main( String args[] ) throws Exception {
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate( 10 );

        // 缓冲区中的数据0-9
        for (int i=0; i<buffer.capacity(); ++i) {
            buffer.put( (byte)i );
        }

        // 创建只读缓冲区
        ByteBuffer readonly = buffer.asReadOnlyBuffer();

        // 改变原缓冲区的内容
        for (int i=0; i<buffer.capacity(); ++i) {
            byte b = buffer.get( i );
            b *= 10;
            buffer.put( i, b );
        }

        readonly.position(0);
        readonly.limit(buffer.capacity());

        // 只读缓冲区的内容也随之改变
        while (readonly.remaining()>0) {
            System.out.println( readonly.get());
        }
    }
}

 

如果尝试修改只读缓冲区的内容，则会报ReadOnlyBufferException异常。只读缓冲区对于保护数据很有用。在将缓冲区传递给某个 对象的方法时，无法知道这个方法是否会修改缓冲区中的数据。创建一个只读的缓冲区可以保证该缓冲区不会被修改。只可以把常规缓冲区转换为只读缓冲区，而不能将只读的缓冲区转换为可写的缓冲区。

直接缓冲区

直接缓冲区是为加快I/O速度，使用一种特殊方式为其分配内存的缓冲区，JDK文档中的描述为：给定一个直接字节缓冲区，Java虚拟机将尽最大努 力直接对它执行本机I/O操作。也就是说，它会在每一次调用底层操作系统的本机I/O操作之前(或之后)，尝试避免将缓冲区的内容拷贝到一个中间缓冲区中 或者从一个中间缓冲区中拷贝数据。要分配直接缓冲区，需要调用allocateDirect()方法，而不是allocate()方法，使用方式与普通缓冲区并无区别，如下面的拷贝文件示例：

 

import java.io.*;
import java.nio.*;
import java.nio.channels.*;

public class Program {
    static public void main( String args[] ) throws Exception {
        String infile = "c:\\test.txt";
        FileInputStream fin = new FileInputStream( infile );
        FileChannel fcin = fin.getChannel();

        String outfile = String.format("c:\\testcopy.txt");
        FileOutputStream fout = new FileOutputStream( outfile );
        FileChannel fcout = fout.getChannel();

        // 使用allocateDirect，而不是allocate
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect( 1024 );

        while (true) {
            buffer.clear();

            int r = fcin.read( buffer );

            if (r==-1) {
                break;
            }

            buffer.flip();

            fcout.write( buffer );
        }
    }
}

 

内存映射文件I/O

内存映射文件I/O是一种读和写文件数据的方法，它可以比常规的基于流或者基于通道的I/O快的多。内存映射文件I/O是通过使文件中的数据出现为 内存数组的内容来完成的，这其初听起来似乎不过就是将整个文件读到内存中，但是事实上并不是这样。一般来说，只有文件中实际读取或者写入的部分才会映射到内存中。如下面的示例代码：

 

import java.io.*;
import java.nio.*;
import java.nio.channels.*;

public class Program {
    static private final int start = 0;
    static private final int size = 1024;

    static public void main( String args[] ) throws Exception {
        RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile( "c:\\test.txt", "rw" );
        FileChannel fc = raf.getChannel();

        MappedByteBuffer mbb = fc.map( FileChannel.MapMode.READ_WRITE,
          start, size );

        mbb.put( 0, (byte)97 );
        mbb.put( 1023, (byte)122 );

        raf.close();
    }
}

 

关于缓冲区的细节内容，我们已经用了两篇文章来介绍。在下一篇中将会介绍NIO中更有趣的部分Nonblocking I/O。

(未完待续)