深入浅出NIO之Channel、Buffer

本文转载自公众号  占小狼的博客

前言

Java NIO 由以下几个核心部分组成： 

1 、Buffer

2、Channel 

3、Selector

传统的IO操作面向数据流，意味着每次从流中读一个或多个字节，直至完成，数据没有被缓存在任何地方。

NIO操作面向缓冲区，数据从Channel读取到Buffer缓冲区，随后在Buffer中处理数据。

本文着重介绍Channel和Buffer的概念以及在文件读写方面的应用和内部实现原理。

Buffer

A buffer is a linear, finite sequence of elements of a specific primitive type.

一块缓存区，内部使用字节数组存储数据，并维护几个特殊变量，实现数据的反复利用。 

1、mark：初始值为-1，用于备份当前的position; 

2、position：初始值为0，position表示当前可以写入或读取数据的位置，当写入或读取一个数据后，position向前移动到下一个位置； 

3、limit：写模式下，limit表示最多能往Buffer里写多少数据，等于capacity值；读模式下，limit表示最多可以读取多少数据。 

4、capacity：缓存数组大小

ByteBuffer

A byte buffer，extend from Buffer

ByteBuffer的实现类包括"HeapByteBuffer"和"DirectByteBuffer"两种。

HeapByteBuffer

DirectByteBuffer通过unsafe.allocateMemory在物理内存中申请地址空间（非jvm堆内存），并在ByteBuffer的address变量中维护指向该内存的地址。 unsafe.setMemory(base, size, (byte) 0)方法把新申请的内存数据清零。

Channel

A channel represents an open connection to an entity such as a hardware device, a file, a network socket, or a program component that is capable of performing one or more distinct I/O operations, for example reading or writing.

NIO把它支持的I/O对象抽象为Channel，Channel又称“通道”，类似于原I/O中的流（Stream），但有所区别： 

1、流是单向的，通道是双向的，可读可写。 

2、流读写是阻塞的，通道可以异步读写。 

3、流中的数据可以选择性的先读到缓存中，通道的数据总是要先读到一个缓存中，或从缓存中写入，如下所示：

目前已知Channel的实现类有：

• FileChannel

• DatagramChannel

• SocketChannel

• ServerSocketChannel

FileChannel

A channel for reading, writing, mapping, and manipulating a file. 一个用来写、读、映射和操作文件的通道。

FileChannel的read、write和map通过其实现类FileChannelImpl实现。

read实现

通过上述实现可以看出，基于channel的文件数据读取步骤如下： 

1、申请一块和缓存同大小的DirectByteBuffer bb。 

2、读取数据到缓存bb，底层由NativeDispatcher的read实现。 

3、把bb的数据读取到dst（用户定义的缓存，在jvm中分配内存）。 

read方法导致数据复制了两次。

write实现

通过上述实现可以看出，基于channel的文件数据写入步骤如下： 

1、申请一块DirectByteBuffer，bb大小为byteBuffer中的limit - position。 

2、复制byteBuffer中的数据到bb中。 

3、把数据从bb中写入到文件，底层由NativeDispatcher的write实现，具体如下：

write方法也导致了数据复制了两次

Channel和Buffer示例

注意buffer.flip() 的调用，首先将数据写入到buffer，然后变成读模式，再从buffer中读取数据。

总结

通过本文的介绍，希望大家对Channel和Buffer在文件读写方面的应用和内部实现有了一定了解，努力做到不被一叶障目。

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