NIO简介

NIO（Non-Blocking I/O）是Java NIO（I/O操作）模型的一大改进，旨在提高数据输入输出操作的效率。与传统的同步I/O模型不同，NIO采用非阻塞方式，允许多个I/O操作同时进行，充分发挥了多核处理器的性能优势。

NIO与传统IO的主要区别在于操作方式：

NIO：支持多个操作同时进行，适合处理大量数据。

传统IO：操作是串行执行的，效率较低。

NIO引入了通道（Channel）和缓冲区（Buffer），优化了数据传输和处理流程。

NIO中的缓冲区

缓冲区是NIO中核心概念，用于临时存储数据，提升读写效率。缓冲区分为不同类型（如ByteBuffer、CharBuffer等），根据数据类型选择合适的缓冲区。缓冲区操作通过`put()`和`get()`方法完成，缓冲区属性包括`capacity`（容量）、`limit`（界限）、`position`（当前位置）和`mark`（标记）。

缓冲区的核心属性关系：

0 ≤ position ≤ limit ≤ capacity

缓冲区属性可动态调整，但容量固定。

NIO直接缓冲区与非直接缓冲区

缓冲区分为直接和非直接两种类型： - **直接缓冲区**：通过`allocate()`方法分配，缓冲区位于JVM内存中。 - **非直接缓冲区**：通过`allocateDirect()`方法分配，缓冲区直接映射到物理内存。

直接缓冲区适合需要高性能的场景，但可能导致内存泄漏；非直接缓冲区更安全，但性能略低。

NIO通道（Channel）的原理与获取

通道是NIO中处理数据传输的核心组件，与缓冲区配合使用。通道负责数据的读写，实现多线程、异步I/O操作。通道不存储数据，需配合缓冲区进行数据传输。

文件操作实例

以下是基于NIO完成的文件操作示例：

1. 使用非直接缓冲区复制JPG照片

File input = new File("input.jpg");  File output = new File("output.jpg");  ByteBuffer inputBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024);  ByteBuffer outputBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024);  FileChannel inputChannel = FileChannel.open(input, StandardOpenOption.READ);  FileChannel outputChannel = FileChannel.open(output, StandardOpenOption.WRITE);  while (inputBuffer.hasRemaining() && outputBuffer.hasRemaining()) {      int read = inputChannel.read(inputBuffer);      if (read == -1) break;      int written = outputChannel.write(outputBuffer);      if (written == -1) break;  }  inputBuffer.clear();  outputBuffer.clear();  inputChannel.close();  outputChannel.close();  inputBuffer.close();  outputBuffer.close();

2. 使用直接缓冲区复制JPG照片

File input = new File("input.jpg");  File output = new File("output.jpg");  MappedByteBuffer inputBuffer = Files.mapByteBuffer(input, 0, 1024);  MappedByteBuffer outputBuffer = Files.mapByteBuffer(output, 1024, 1024);  FileChannel inputChannel = FileChannel.open(input, StandardOpenOption.READ);  FileChannel outputChannel = FileChannel.open(output, StandardOpenOption.WRITE);  while (inputBuffer.hasRemaining() && outputBuffer.hasRemaining()) {      long read = inputChannel.read(inputBuffer);      if (read == -1) break;      long written = outputChannel.write(outputBuffer);      if (written == -1) break;  }  inputBuffer.clear();  outputBuffer.clear();  inputChannel.close();  outputChannel.close();  inputBuffer.close();  outputBuffer.close();

3. 通道间数据传输（直接缓冲区）

CompletionHandler
   
     handler = (v, t) -> System.out.println("文件已复制");  File inputFile = new File("input.txt");  File outputFile = new File("output.txt");  FileChannel inputChannel = FileChannel.open(inputFile, StandardOpenOption.READ);  FileChannel outputChannel = FileChannel.open(outputFile, StandardOpenOption.WRITE,      StandardOpenOption.TRUNCATE_EXISTING,      StandardOpenOption.POSIX);  ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(8192);  while (true) {      int read = inputChannel.read(buffer);      if (read == -1) break;      int written = outputChannel.write(buffer);      if (written == -1) break;      buffer.flip();      outputChannel.read(buffer, 0, buffer.capacity(), handler);      buffer.clear();  }  inputChannel.close();  outputChannel.close();  buffer.clear();

分散读取与聚集写入

分散读取和聚集写入是NIO中的高级特性，适合处理大文件或多线程环境： - **分散读取**：将通道数据分散到多个缓冲区，提升并行读取效率。 - **聚集写入**：将多个缓冲区数据聚集到通道，优化写入性能。

通过合理配置缓冲区和使用分散读取/聚集写入，可以充分发挥NIO的优势，提升数据操作效率。

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