Java NIO使用及原理分析(三)

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Java NIO使用及原理分析(三)

程序界小强 2015-05-27 11:37:14 浏览280
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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;<span style="font-family:FangSong_GB2312;font-size:13px;">  
    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。

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