Java NIO和NIO.2有什么区别？ | baeldung


在本教程中，我们将介绍 Java IO 功能以及它们在不同 Java 版本中的变化。首先，我们将介绍初始 Java 版本中的java.io包。接下来，我们将回顾Java 1.4 中引入的java.nio包。最后，我们将介绍java.nio.file包，通常称为 NIO.2 包。
 
Java NIO 包
第一个 Java 版本与java.io包一起发布，引入了一个 File类来访问文件系统。File类表示文件和目录，并提供对文件系统的有限操作。可以创建和删除文件，检查它们是否存在，检查读/写访问等。
它也有一些缺点：

  • 缺少复制方法——要复制一个文件，我们需要创建两个File实例并使用一个缓冲区来读取一个并写入另一个File实例。
  • 错误处理错误  ——一些方法返回布尔值作为操作成功与否的指示符。
  • 一组有限的文件属性——名称、路径、读/写权限、可用内存大小等等。
  • 阻塞 API——我们的线程被阻塞，直到 IO 操作完成。

要读取文件，我们需要一个FileInputStream实例来从文件中读取字节：

@Test
public void readFromFileUsingFileIO() throws Exception {
    File file = new File("src/test/resources/nio-vs-nio2.txt");
    FileInputStream in = new FileInputStream(file);
    StringBuilder content = new StringBuilder();
    int data = in.read();
    while (data != -1) {
        content.append((char) data);
        data = in.read();
    }
    in.close();
    assertThat(content.toString()).isEqualTo("Hello from file!");
}

接下来，Java 1.4 引入了捆绑在java.nio包中的非阻塞 IO API （nio 代表新 IO）。引入 NIO 是为了克服java.io包的限制。这个包引入了三个核心类：Channel、Buffer和Selector:

  • Channel

Java NIO Channel是一个允许我们读取和写入缓冲区的类。Channel类类似于Streams（这里我们说的是 IO Streams，而不是 Java 1.8 Streams），但有一些不同之处。Channel是双向的，而Streams通常是单向的，它们可以异步读写。
Channel类有几个实现，包括FileChannel用于文件系统读/写，DatagramChannel 用于使用 UDP 在网络上读/写，以及SocketChannel用于使用 TCP 在网络上读/写。
  • Buffer

Buffer缓冲区是一块内存，我们可以从中读取或写入数据。NIO Buffer对象包装了一个内存块。Buffer类提供了一组与内存块一起工作的功能。要使用Buffer对象，我们需要了解Buffer类的三个主要属性：容量、位置和限制。
  • 容量定义了内存块的大小。当我们将数据写入缓冲区时，我们只能写入有限的长度。当缓冲区已满时，我们需要读取数据或清除数据。
  • 位置是我们写入数据的起点。一个空缓冲区从 0 开始到容量 - 1。另外，当我们读取数据时，我们从位置值开始。
  • 限制意味着我们如何从缓冲区写入和读取。

Buffer类有多种变体。每个原始 Java 类型一个，不包括Boolean类型和MappedByteBuffer。
要使用缓冲区，我们需要知道一些重要的方法：
  • allocate(int value)——我们使用这个方法来创建一个特定大小的缓冲区。
  • flip() - 此方法用于从写入模式切换到读取模式
  • clear() –清除缓冲区内容的方法
  • compact() –只清除我们已经阅读的内容的方法
  • rewind() -将位置重置为 0，以便我们可以重新读取缓冲区中的数据

使用前面描述的概念，让我们使用Channel和Buffer类从文件中读取内容：
@Test
public void readFromFileUsingFileChannel() throws Exception {
    RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("src/test/resources/nio-vs-nio2.txt", "r");
    FileChannel channel = file.getChannel();
    StringBuilder content = new StringBuilder();
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(256);
    int bytesRead = channel.read(buffer);
    while (bytesRead != -1) {
        buffer.flip();
        while (buffer.hasRemaining()) {
            content.append((char) buffer.get());
        }
        buffer.clear();
        bytesRead = channel.read(buffer);
    }
    file.close();
    assertThat(content.toString()).isEqualTo("Hello from file!");
}

在初始化所有需要的对象后，我们从通道读取到缓冲区。接下来，在 while 循环中，我们使用flip()方法标记要读取的缓冲区，并一次读取一个字节，并将其附加到我们的结果中。最后，我们清除数据并读取另一批。

  • Selector

Java NIO Selector允许我们用一个线程管理多个通道。要使用选择器对象监控多个通道，每个通道实例必须处于非阻塞模式，并且我们必须注册它。通道注册后，我们得到一个SelectionKey对象，表示通道和选择器之间的连接。当我们有多个通道连接到一个选择器时，我们可以使用select()方法来检查有多少通道可供使用。调用select()方法后，我们可以使用selectedKeys()方法获取所有准备好的通道。
 
java.nio包引入的变化更多与底层数据 IO 相关。虽然他们允许非阻塞 API，但其他方面仍然存在问题：
  • 对符号链接的有限支持
  • 对文件属性访问的有限支持
  • 缺少更好的文件系统管理工具

 
Java NIO.2 包
Java 1.7 引入了新的java.nio.file包，也称为NIO.2 包。此包遵循java.nio包中不支持的非阻塞 IO 的异步方法。最重要的变化与高级文件操作有关。它们与Files、Path和Paths类一起添加。最显着的低级更改是添加了AsynchroniousFileChannel和AsyncroniousSocketChannel。
  • Path

Path对象表示由分隔符分隔的目录和文件名的分层序列。根组件在最左边，而文件在右边。此类提供实用方法，例如getFileName()、 getParent()等。 Path类还提供解析和相对化方法，帮助构建不同文件之间的路径。Paths 类是一组静态实用程序方法，它们接收String或URI以创建Path实例。
  • Files

Files类提供了使用前面描述的Path类并对文件、目录和符号链接进行操作的实用方法。它还提供了一种使用readAttributes()方法读取许多文件属性的方法。
最后，让我们看看 NIO.2 在读取文件时与之前的 IO 版本相比如何：
@Test
public void readFromFileUsingNIO2() throws Exception {
    List<String> strings = Files.readAllLines(Paths.get("src/test/resources/nio-vs-nio2.txt"));
    assertThat(strings.get(0)).isEqualTo("Hello from file!");
}

在本文中，我们介绍了java.nio和java.nio.file包的基础知识。我们可以看到，NIO.2 并不是 NIO 包的新版本。NIO 包引入了用于非阻塞 IO 的低级 API，而 NIO.2 引入了更好的文件管理。这两个包不是同义词，而是相互补充。与往常一样，所有代码示例都可以在 GitHub 上找到。