Java NIO中的文件I_O操作

# 1. Java NIO简介

### 1.1 传统的IO模型

在传统的IO模型中，输入和输出分别通过InputStream和OutputStream来完成。这种IO模型是面向流的，即数据是按照字节流的形式进行传输的。在使用传统的IO模型时，每次进行读写操作都需要阻塞当前线程，直到数据就绪或者数据完成。

### 1.2 NIO的概念及优势

Java NIO（New IO）是Java 1.4版本引入的一种新的IO模型。与传统的IO模型相比，NIO提供了更高效、更灵活的IO操作方式。NIO的核心概念是缓冲区（Buffer）、通道（Channel）和选择器（Selector）。

NIO的优势主要体现在以下几个方面：
- 非阻塞IO：NIO采用了非阻塞的IO操作方式，可以提高IO操作的效率。
- 选择器：使用选择器可以同时监听多个通道的IO事件。
- 内存映射文件：NIO提供了内存映射文件的功能，可以将文件直接映射到内存中进行读写操作。

### 1.3 Java NIO的核心组件

Java NIO的核心组件包括缓冲区（Buffer）、通道（Channel）和选择器（Selector）。
- 缓冲区（Buffer）：用于存储数据，NIO使用缓冲区来对数据进行读写操作。
- 通道（Channel）：用于读取和写入数据，NIO的通道和传统IO的流类似，但更加灵活和高效。
- 选择器（Selector）：用于监听多个通道的IO事件，通过选择器可以实现单线程处理多个IO通道。

接下来的章节将详细介绍Java NIO的基本原理和文件操作的NIO实现。

# 2. Java NIO的基本原理

Java NIO（New IO）是Java提供的一种基于通道和缓冲区的IO操作方式，相对于传统的IO模型，它具有更高的效率和更强的灵活性。本章将介绍Java NIO的基本原理，包括Buffer缓冲区、Channel通道和Selector选择器。

### 2.1 Buffer缓冲区

Buffer是NIO中的一种数据容器，用于存储数据。在Java NIO中，所有的读写操作都是通过Buffer来进行的。Buffer有多种类型，如ByteBuffer、CharBuffer、IntBuffer等，用于存储不同类型的数据。

Buffer具有以下几个重要属性：

- 容量（capacity）：缓冲区的容量，即能够存储的最大数据量。
- 位置（position）：下一个要读写的数据的位置。
- 上限（limit）：缓冲区中有效数据的上限，即position不能超过limit。
- 标记（mark）：一个备忘位置，通过mark()方法可以将position设为mark，并且通过reset()方法可以将position恢复到mark。

Buffer的读写操作需要设置position和limit，在读取数据时，position逐渐向limit移动，写入数据时，position逐渐向容量移动。可以通过flip()方法将limit设置为当前position，position设置为0，达到读写切换的目的。

### 2.2 Channel通道

Channel是NIO中的另一个重要概念，它相当于传统IO中的流。Channel可以从缓冲区读取数据，也可以向缓冲区写入数据，它是双向的。每个Channel都与一个Buffer相关联，数据通过Channel读取到Buffer中，或者从Buffer写入到Channel中。

常见的Channel类型有FileChannel、SocketChannel、ServerSocketChannel和DatagramChannel等，用于文件操作、网络操作和UDP操作等。

### 2.3 Selector选择器

Selector是Java NIO中用于处理多个Channel的机制，它能够通过一个线程同时管理多个Channel，实现了非阻塞IO。Selector通过调用select()方法检测注册在其上的Channel是否有可读或可写事件发生，当有事件发生时，Selector会唤醒线程并处理相应的事件。

Selector通过调用register()方法将Channel注册到它上面，然后可以通过调用select()方法来检测就绪事件。SelectableChannel是Channel的子类，可选择的Channel包括SocketChannel和ServerSocketChannel等。

使用Selector的好处是可以用较少的线程来处理多个Channel，提高了系统的吞吐量和响应速度。

以上是Java NIO的基本原理介绍，接下来我们将介绍如何使用NIO进行文件操作的实现。

# 3. 文件操作的NIO实现

#### 3.1 文件读取

##### 3.1.1 使用BufferedChannel读取文件

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class FileReadWithBufferedChannel {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            FileInputStream fis = new FileInputStream("input.txt");
            BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(fis);
            FileChannel channel = fis.getChannel();

            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

            int bytesRead;
            while ((bytesRead = channel.read(buffer)) != -1) {
                buffer.flip();
                while (buffer.hasRemaining()) {
                    System.out.print((char) buffer.get());
                }
                buffer.clear();
            }

            channel.close();
            bis.close();
            fis.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

代码说明：
1. 首先，我们创建一个`FileInputStream`实例`fis`，并将其传递给`BufferedInputStream`构造函数，以创建一个有缓冲功能的输入流`bis`。
2. 然后，通过调用`fis.getChannel()`方法，我们可以获取文件通道`channel`。
3. 创建一个`ByteBuffer`实例`buffer`，用于存储读取的数据。
4. 使用`channel.read(buffer)`方法读取数据到缓冲区，返回读取的字节数，当返回值为-1时表示已到达文件末尾。
5. 调用`buffer.flip()`方法，将缓冲区从写模式切换为读模式。
6. 使用`buffer.hasRemaining()`方法检查是否还有剩余数据。
7. 通过调用`buffer.get()`方法逐个读取字节，并将其转换为字符打印出来。
8. 调用`buffer.clear()`方法，清除缓冲区，准备再次读取数据。
9. 最后，关闭通道和输入流。

##### 3.1.2 使用MemoryMappedFile读取文件

import java.io.IOException;
import java.io.RandomAccessFile;
import java.nio.MappedByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class FileReadWithMemoryMappedFile {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("input.txt", "r");
            FileChannel channel = file.getChannel();

            long fileSize = channel.size();
            MappedByteBuffer buffer = channel.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, fileSize);