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[讨论交流] Java NIO使用及原理分析(三)

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发表于 2016-7-30 09:47:12 | 显示全部楼层 |阅读模式
  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:
  1. public class BufferWrap {  
  2.   
  3.     public void myMethod()  
  4.     {  
  5.         // 分配指定大小的缓冲区  
  6.         ByteBuffer buffer1 = ByteBuffer.allocate(10);  
  7.          
  8.         // 包装一个现有的数组  
  9.         byte array[] = new byte[10];  
  10.         ByteBuffer buffer2 = ByteBuffer.wrap( array );  
  11.     }  
  12. }
复制代码

  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:
  1. import java.nio.*;  
  2.   
  3. public class Program {  
  4.     static public void main( String args[] ) throws Exception {  
  5.         ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate( 10 );  
  6.          
  7.         // 缓冲区中的数据0-9  
  8.         for (int i=0; i<buffer.capacity(); ++i) {  
  9.             buffer.put( (byte)i );  
  10.         }  
  11.          
  12.         // 创建子缓冲区  
  13.         buffer.position( 3 );  
  14.         buffer.limit( 7 );  
  15.         ByteBuffer slice = buffer.slice();  
  16.          
  17.         // 改变子缓冲区的内容  
  18.         for (int i=0; i<slice.capacity(); ++i) {  
  19.             byte b = slice.get( i );  
  20.             b *= 10;  
  21.             slice.put( i, b );  
  22.         }  
  23.          
  24.         buffer.position( 0 );  
  25.         buffer.limit( buffer.capacity() );  
  26.          
  27.         while (buffer.remaining()>0) {  
  28.             System.out.println( buffer.get() );  
  29.         }  
  30.     }  
  31. }
复制代码

  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:
3.gif

  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:
  1. import java.nio.*;  
  2.   
  3. public class Program {  
  4.     static public void main( String args[] ) throws Exception {  
  5.         ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate( 10 );  
  6.          
  7.         // 缓冲区中的数据0-9  
  8.         for (int i=0; i<buffer.capacity(); ++i) {  
  9.             buffer.put( (byte)i );  
  10.         }  
  11.   
  12.         // 创建只读缓冲区  
  13.         ByteBuffer readonly = buffer.asReadOnlyBuffer();  
  14.          
  15.         // 改变原缓冲区的内容  
  16.         for (int i=0; i<buffer.capacity(); ++i) {  
  17.             byte b = buffer.get( i );  
  18.             b *= 10;  
  19.             buffer.put( i, b );  
  20.         }  
  21.          
  22.         readonly.position(0);  
  23.         readonly.limit(buffer.capacity());  
  24.          
  25.         // 只读缓冲区的内容也随之改变  
  26.         while (readonly.remaining()>0) {  
  27.             System.out.println( readonly.get());  
  28.         }  
  29.     }  
  30. }  
复制代码

  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:
  1. import java.io.*;  
  2. import java.nio.*;  
  3. import java.nio.channels.*;  
  4.   
  5. public class Program {  
  6.     static public void main( String args[] ) throws Exception {  
  7.         String infile = "c:\\test.txt";  
  8.         FileInputStream fin = new FileInputStream( infile );  
  9.         FileChannel fcin = fin.getChannel();  
  10.          
  11.         String outfile = String.format("c:\\testcopy.txt");  
  12.         FileOutputStream fout = new FileOutputStream( outfile );      
  13.         FileChannel fcout = fout.getChannel();  
  14.          
  15.         // 使用allocateDirect,而不是allocate  
  16.         ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect( 1024 );  
  17.          
  18.         while (true) {  
  19.             buffer.clear();  
  20.               
  21.             int r = fcin.read( buffer );  
  22.               
  23.             if (r==-1) {  
  24.                 break;  
  25.             }  
  26.               
  27.             buffer.flip();  
  28.               
  29.             fcout.write( buffer );  
  30.         }  
  31.     }  
  32. }  
复制代码

  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:
  1. import java.io.*;  
  2. import java.nio.*;  
  3. import java.nio.channels.*;  
  4.   
  5. public class Program {  
  6.     static private final int start = 0;<span style="font-family:FangSong_GB2312;font-size:13px;">  
  7.     static private final int size = 1024;  
  8.       
  9.     static public void main( String args[] ) throws Exception {  
  10.         RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile( "c:\\test.txt", "rw" );  
  11.         FileChannel fc = raf.getChannel();  
  12.          
  13.         MappedByteBuffer mbb = fc.map( FileChannel.MapMode.READ_WRITE,  
  14.           start, size );  
  15.          
  16.         mbb.put( 0, (byte)97 );  
  17.         mbb.put( 1023, (byte)122 );  
  18.          
  19.         raf.close();  
  20.     }  
  21. }</span>  
复制代码

  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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发表于 2016-8-1 13:18:05 | 显示全部楼层
这个帖子对我很有帮助,领教了!
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