Java NIO入门与高效IO

# 1. Java IO与NIO简介

## 1.1 Java IO的特点和局限性
在Java中，最初的IO（Input/Output）模型是基于流（Stream）的，其中InputStream和OutputStream负责读取和写入数据。这种IO模型的特点是简单易用，但在处理大量数据时效率比较低下，因为它是阻塞式的，即在IO操作时会阻塞当前线程，等待数据的读取或写入。

然而，随着计算机系统的发展和网络应用的普及，传统的Java IO模型面临一些局限性，比如难以实现非阻塞IO和异步IO等。

## 1.2 Java NIO的优势和特点
Java NIO（New IO）是Java 1.4引入的新IO模型，它提供了更加灵活、高效的IO操作方式。NIO通过Buffer、Channel和Selector来完成IO操作，相比于传统IO模型，NIO有以下优势：
- 非阻塞IO：NIO支持非阻塞IO，可在一个线程中处理多个通道，提高IO效率。
- 可拓展性：NIO的Channel可以同时支持读写操作，可以注册Selector来选择感兴趣的事件。
- 内存映射文件：NIO可以直接将文件映射到内存，实现零拷贝的文件操作。
- 多路复用：Selector可以同时管理多个Channel，实现单线程处理多个通道。

## 1.3 Java NIO与Java IO的区别
Java NIO相比于传统IO有明显的区别：
- 通道中的数据可以双向传输，而流是单向的。
- NIO采用缓冲区操作数据，IO流直接操作数据。
- NIO支持选择器，可以实现单线程处理多个通道。而IO流是阻塞式的，在读写数据时会阻塞当前线程。

# 2. Java NIO核心组件

### 2.1 Buffer缓冲区
缓冲区是NIO中用于数据存储和传输的核心对象，它是一个连续的、有限的、特定原始类型数据元素的线性有序集合。在NIO中，所有数据都是用缓冲区处理的。常用的缓冲区类有ByteBuffer、CharBuffer、ShortBuffer、IntBuffer、LongBuffer、FloatBuffer和DoubleBuffer等。

// 示例代码：创建一个ByteBuffer缓冲区
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);

**代码说明：** 上面的代码创建了一个容量为48个字节的ByteBuffer缓冲区。

### 2.2 Channel通道
通道是NIO中用于原始数据的I/O操作的对象，它类似于传统IO中的流。通道可以实现双向数据传输，而且大多数通道都是全双工的。常用的通道类有FileChannel、DatagramChannel、SocketChannel和ServerSocketChannel等。

// 示例代码：使用FileChannel从文件中读取数据
FileInputStream fis = new FileInputStream("input.txt");
FileChannel channel = fis.getChannel();
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);
int bytesRead = channel.read(buffer);

**代码说明：** 上面的代码使用FileChannel从文件中读取数据，并存储到ByteBuffer缓冲区中。

### 2.3 Selector选择器
选择器是NIO中用于多路复用的对象，它可以通过单独的线程处理多个通道的I/O操作。Selector能够检测多个通道上是否有I/O事件（例如：连接打开、数据到达）发生，并且能够处理这些事件。

// 示例代码：创建一个Selector并注册通道
Selector selector = Selector.open();
channel.configureBlocking(false);
SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);

**代码说明：** 上面的代码创建了一个Selector对象，并注册了一个通道，关注读事件。

### 2.4 Buffer、Channel和Selector之间的关系
在NIO中，Buffer负责对数据的存储和传输，Channel负责数据的读写操作，而Selector可以实现多路复用，使得单个线程可以管理多个Channel。它们之间的关系是紧密联系的，三者共同构成了NIO的核心组件。

通过本章节的学习，我们了解了NIO的核心组件，分别是Buffer、Channel和Selector。在下一章节中，我们将学习如何使用Java NIO进行文件IO操作。

# 3. 使用Java NIO进行文件IO操作

在本章节中，我们将学习如何使用Java NIO进行文件IO操作，包括通过Channel读写文件、使用Buffer来读写数据以及实现文件复制和文件传输等内容。

#### 3.1 通过Channel读写文件

首先，我们需要创建一个文件输入流和一个文件输出流，然后通过这两个流获取对应的Channel，使用Channel进行文件的读写操作。

try (FileInputStream fis = new FileInputStream("input.txt");
     FileOutputStream fos = new FileOutputStream("output.txt")) {
    FileChannel inputChannel = fis.getChannel();
    FileChannel outputChannel = fos.getChannel();
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
    while (inputChannel.read(buffer) != -1) {
        buffer.flip();
        outputChannel.write(buffer);
        buffer.clear();
    }
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

上述代码中，我们首先创建了一个ByteBuffer作为缓冲区，然后通过i