Java学习手册：Java I/O与NIO

Java I/O与NIO

Java I/O（Input/Output）和NIO（New Input/Output）是Java语言中用于处理输入输出操作的重要部分。它们提供了丰富的API来处理文件和网络通信。I/O是Java早期版本中引入的，而NIO是在Java 1.4中引入的，旨在提供更高的性能和更灵活的I/O操作。

Java I/O基础

Java I/O提供了用于读写数据的流（Stream）概念。流可以分为输入流和输出流，分别用于读取和写入数据。Java I/O的主要类位于java.io包中。

输入流与输出流

输入流用于从源读取数据，输出流用于向目的地写入数据。主要的流类包括：

InputStream 和 OutputStream：字节流，用于处理字节数据。
Reader 和 Writer：字符流，用于处理字符数据。

常见的流类

FileInputStream 和 FileOutputStream：用于文件的字节读写。
BufferedReader 和 BufferedWriter：带缓冲的字符流，提高读写效率。
ObjectInputStream 和 ObjectOutputStream：用于对象的序列化和反序列化。

示例代码：

import java.io.*;public class IOExample {public static void main(String[] args) {// 使用FileInputStream读取文件try (FileInputStream fis = new FileInputStream("example.txt")) {int data;while ((data = fis.read()) != -1) {System.out.print((char) data);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}// 使用BufferedWriter写入文件try (BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter("output.txt"))) {bw.write("Hello, Java I/O!");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

Java NIO基础

NIO是在Java 1.4中引入的，旨在提供更高效的I/O操作。NIO引入了通道（Channel）、缓冲区（Buffer）和选择器（Selector）等概念。

通道与缓冲区

通道（Channel）：用于读写数据的通道，类似于传统的流，但支持双向操作。
缓冲区（Buffer）：用于存储数据的容器，数据在通道和缓冲区之间传输。

常见的通道类包括：

FileChannel：用于文件的读写。
SocketChannel：用于网络通信。
ServerSocketChannel：用于监听网络连接。

示例代码：

import java.io.*;
import java.nio.*;
import java.nio.channels.*;public class NIOExample {public static void main(String[] args) {// 使用FileChannel读取文件try (FileChannel fileChannel = FileChannel.open(Paths.get("example.txt"))) {ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);while (fileChannel.read(buffer) != -1) {buffer.flip(); // 切换到读模式while (buffer.hasRemaining()) {System.out.print((char) buffer.get());}buffer.clear(); // 清空缓冲区}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}// 使用FileChannel写入文件try (FileChannel fileChannel = FileChannel.open(Paths.get("output.txt"), StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.CREATE)) {String content = "Hello, Java NIO!";ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(content.getBytes());fileChannel.write(buffer);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

NIO的选择器

选择器（Selector）用于监听多个通道的事件（如：连接打开、数据到达），是实现单线程管理多个网络连接的关键。

示例代码：

import java.io.*;
import java.nio.*;
import java.nio.channels.*;
import java.util.*;public class SelectorExample {public static void main(String[] args) {try {// 创建ServerSocketChannel并绑定端口ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();serverChannel.bind(new InetSocketAddress(8080));serverChannel.configureBlocking(false);// 创建SelectorSelector selector = Selector.open();serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);while (true) {// 等待事件发生selector.select();Set<SelectionKey> selectedKeys = selector.selectedKeys();Iterator<SelectionKey> iterator = selectedKeys.iterator();while (iterator.hasNext()) {SelectionKey key = iterator.next();iterator.remove();if (key.isAcceptable()) {// 处理新的连接ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel();SocketChannel clientChannel = server.accept();clientChannel.configureBlocking(false);clientChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);System.out.println("新连接: " + clientChannel.getRemoteAddress());} else if (key.isReadable()) {// 处理读取数据SocketChannel clientChannel = (SocketChannel) key.channel();ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);int bytesRead = clientChannel.read(buffer);if (bytesRead > 0) {buffer.flip();System.out.println("收到数据: " + new String(buffer.array(), 0, bytesRead));}}}}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

Java 7的NIO.2

Java 7引入了NIO.2，提供了更丰富的文件系统操作API，位于java.nio.file包中。

示例代码：

import java.io.*;
import java.nio.file.*;
import java.nio.file.attribute.*;public class NIO2Example {public static void main(String[] args) {Path path = Paths.get("example.txt");// 检查文件是否存在if (Files.exists(path)) {// 读取文件内容try {List<String> lines = Files.readAllLines(path);for (String line : lines) {System.out.println(line);}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}// 写入文件内容try {List<String> lines = Arrays.asList("Hello, Java NIO.2!", "This is a test.");Files.write(path, lines, StandardOpenOption.CREATE, StandardOpenOption.APPEND);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}// 获取文件属性try {BasicFileAttributes attributes = Files.readAttributes(path, BasicFileAttributes.class);System.out.println("文件大小: " + attributes.size());System.out.println("创建时间: " + attributes.creationTime());} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}