1. 概述
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，我们将介绍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。
2. 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文件实例并写入另一个File实例。
- 缺失错误处理：某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)。NIO的引入是为了克服java.io包的局限性。这个包引入了三个核心类：Channel、Buffer和Selector。
2.1 Channel
Java NIO Channel是一个允许我们读写缓冲区的类。Channel类类似于Stream(这里我们说的是IO Stream，而不是Java 1.8 Stream)，但有一些不同之处。Channel是双向的，而Stream通常是单向的，可以异步读写。
Channel类有几个实现，包括用于文件系统读/写的FileChannel，用于使用UDP通过网络读/写的DatagramChannel，以及用于使用TCP通过网络读/写的SocketChannel。
2.2 Buffer
Buffer是一个内存块，我们可以从中读取或写入数据。NIO Buffer对象包装一个内存块，并提供了一组用于处理内存块的功能。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。当我们向缓冲区写入数据时，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它。
- 位置是我们写入数据的起点。一个空的缓冲区从0开始，到capacity–1。此外，当我们读取数据时，我们是从位置值开始的。
- 限制意味着我们如何写入和读取缓冲区。
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，我们需要知道几个重要的方法：
- 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()：只清除我们已经读过的内容的方法
- 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!");
}
初始化所有必需的对象后，我们从通道读取到缓冲区。接下来，在while循环中，我们使用flip()方法将缓冲区标记为读取，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数据。
2.3 Selector
Java NIO Selector允许我们用一个线程管理多个通道。要使用一个Selector对象来监视多个通道，每个通道实例都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，代表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()方法来获取所有就绪的通道。
2.4 NIO封装的缺点
java.nio包引入的变化更多地与低级数据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
3. 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。最显著的底层变化是添加了AsynchronousFileChannel和AsynchronousSocketChannel。
Path对象表示由分隔符分隔的目录和文件名的层次序列。根组件在最左边，而文件在右边。此类提供了实用方法，如getFileName()、 getParent()等。Path类还提供resolve和relativize方法，帮助构建不同文件之间的路径。Paths类是一组静态实用方法，它们接收String或URI以创建Path实例。
Files类提供实用方法，这些方法使用前面描述的Path类并对文件、目录和符号链接进行操作。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在读取文件方面与之前的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!");
}
4. 总结
在本文中，我们介绍了java.nio和java.nio.file包的基础知识。正如我们所看到的，NIO.2并不是NIO包的新版本。NIO包为非阻塞IO引入了低级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，本教程的完整源代码可在GitHub上获得。
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