Java 2 平台标准版（Java 2 Platform Standard Edition，J2SE）1.4 对 Java 平台的 I/O 处理能力做了大量更改。它不仅用流到流的链接方式继续支持以前 J2SE 发行版的基于流的 I/O 操作，而且 Merlin 还添加了新的功能 — 称之为新 I/O 类（NIO），现在这些类位于 java.nio 包中。

I/O 执行输入和输出操作，将数据从文件或系统控制台等传送至或传送出应用程序。（有关 Java I/O 的其它信息，请参阅 参考资料）。

缓冲区基础

抽象的 Buffer 类是 java.nio 包支持缓冲区的基础。 Buffer 的工作方式就象内存中用于读写基本数据类型的 RandomAccessFile 。象 RandomAccessFile 一样，使用 Buffer ，所执行的下一个操作（读／写）在当前某个位置发生。执行这两个操作中的任一个都会改变那个位置，所以在写操作之后进行读操作不会读到刚才所写的内容，而会读到刚才所写内容之后的数据。 Buffer 提供了四个指示方法，用于访问线性结构（从最高值到最低值）：

• capacity() ：表明缓冲区的大小
• limit() ：告诉您到目前为止已经往缓冲区填了多少字节，或者让您用 :limit(int newLimit) 来改变这个限制
• position() ：告诉您当前的位置，以执行下一个读／写操作
• mark() ：为了稍后用 reset() 进行重新设置而记住某个位置

缓冲区的基本操作是 get() 和 put() ；然而，这些方法在子类中都是针对每种数据类型的特定方法。为了说明这一情况，让我们研究一个简单示例，该示例演示了从同一个缓冲区读和写一个字符。在清单 1 中， flip() 方法交换限制和位置，然后将位置置为 0，并废弃标记，让您读刚才所写的数据：

import java.nio.*;
...
CharBuffer buff = ...;
buff.put('A');
buff.flip();
char c = buff.get();
System.out.println("An A: " + c);

现在让我们研究一些具体的 Buffer 子类。

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缓冲区类型

Merlin 具有 7 种特定的 Buffer 类型，每种类型对应着一个基本数据类型（不包括 boolean）：

• ByteBuffer
• CharBuffer
• DoubleBuffer
• FloatBuffer
• IntBuffer
• LongBuffer
• ShortBuffer

在本文后面，我将讨论第 8 种类型 MappedByteBuffer ，它用于内存映射文件。如果您必须使用的类型不是这些基本类型，则可以先从 ByteBuffer 获得字节类型，然后将其转换成 Object 或其它任何类型。

正如前面所提到的，每个缓冲区包含 get() 和 put() 方法，它们可以提供类型安全的版本。通常，需要重载这些 get() 和 put() 方法。例如，有了 CharBuffer ，可以用 get() 获得下一个字符，用 get(int index) 获得某个特定位置的字符，或者用 get(char[] destination) 获得一串字符。静态方法也可以创建缓冲区，因为不存在构造函数。那么，仍以 CharBuffer 为例，用 CharBuffer.wrap(aString) 可以将 String 对象转换成 CharBuffer 。为了演示，清单 2 接受第一个命令行参数，将它转换成 CharBuffer ，并显示参数中的每个字符：

import java.nio.*;
public class ReadBuff {
  public static void main(String args[]) {
     if (args.length != 0) {
      CharBuffer buff = CharBuffer.wrap(args[0]);
      for (int i=0, n=buff.length(); i<n; i++) {
        System.out.println(i + " : " + buff.get());
      }
    }
  }
}

请注意，这里我使用了 get() ，而没有使用 get(index) 。我这样做的原因是，在每次执行 get() 操作之后，位置都会移动，所以不需要手工来声明要检索的位置。

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直接 vs. 间接

既然已经了解了典型的缓冲区，那么让我们研究直接缓冲区与间接缓冲区之间的差别。在创建缓冲区时，可以要求创建直接缓冲区，创建直接缓冲区的成本要比创建间接缓冲区高，但这可以使运行时环境直接在该缓冲区上进行较快的本机 I/O 操作。因为创建直接缓冲区所增加的成本，所以直接缓冲区只用于长生存期的缓冲区，而不用于短生存期、一次性且用完就丢弃的缓冲区。而且，只能在 ByteBuffer 这个级别上创建直接缓冲区，如果希望使用其它类型，则必须将 Buffer 转换成更具体的类型。为了演示，清单 3 中代码的行为与清单 2 的行为一样，但清单 3 使用直接缓冲区：

import java.nio.*;
public class ReadDirectBuff {
  public static void main(String args[]) {
     if (args.length != 0) {
      String arg = args[0];
      int size = arg.length();
      ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(size*2);
      CharBuffer buff = byteBuffer.asCharBuffer();
      buff.put(arg);
      buff.rewind();
      for (int i=0, n=buff.length(); i<n; i++) {
        System.out.println(i + " : " + buff.get());
      }
    }
  }
}

在上面的代码中，请注意，不能只是将 String 包装在直接 ByteBuffer 中。必须首先创建一个缓冲区，先填充它，然后将位置倒回起始点，这样才能从头读。还要记住，字符长度是字节长度的两倍，因此示例中会有 size*2 。

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内存映射文件

第 8 种 Buffer 类型 MappedByteBuffer 只是一种特殊的 ByteBuffer 。 MappedByteBuffer 将文件所在区域直接映射到内存。通常，该区域包含整个文件，但也可以只映射部分文件。所以，必须指定要映射文件的哪部分。而且，与其它 Buffer 对象一样，这里没有构造函数；必须让 java.nio.channels.FileChannel 的 map() 方法来获取 MappedByteBuffer 。此外，无需过多涉及通道就可以用 getChannel() 方法从 FileInputStream 或 FileOutputStream 获取 FileChannel 。通过从命令行传入文件名来读取文本文件的内容，清单 4 显示了 MappedByteBuffer ：

import java.io.*;
import java.nio.*;
import java.nio.channels.*;
import java.nio.charset.*;
public class ReadFileBuff {
  public static void main(String args[]) throws IOException {
     if (args.length != 0) {
      String filename = args[0];
      FileInputStream fis = new FileInputStream(filename);
      FileChannel channel = fis.getChannel();
      int length = (int)channel.size();
      MappedByteBuffer byteBuffer =
        channel.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, length);
      Charset charset = Charset.forName("ISO-8859-1");
      CharsetDecoder decoder = charset.newDecoder();
      CharBuffer charBuffer = decoder.decode(byteBuffer);
      for (int i=0, n=charBuffer.length(); i<n; i++) {
        System.out.print(charBuffer.get());
      }
    }
  }
}

正如我在“字符集”（请参阅 参考资料）这篇文章中所解释的，由于文件有内容，必须告诉系统如何将字节转换成字符。因此需要使用 Charset 。

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结束语

由 Buffer 支撑的 J2SE 新的 I/O 包从根本上改变了 Java 技术处理 I/O 操作的方式。在阅读完本文之后，您应该了解了 NIO 从基本的 get 和 put 操作到读取内存映射文件方面的知识。然而，这不能说，学习 NIO 就到此为止了。使用这里所提及的参考资料来研读 Java 平台内的 I/O。在以后的文章中，我将把这里所提到的概念应用到套接字通道的使用当中。

参考资料

• 您可以参阅本文在 developerWorks 全球站点上的 英文原文.
  
  
• 请参加本文的 论坛。（您也可以单击本文顶部或底部的 讨论来访问论坛）。
  
  
  
• 请阅读整个 Merlin 的魔力专栏系列 ，其中详细讲述了如何告诉系统 Merlin 的魔力：字符集（ developerWorks，2002 年 10 月）。
  
  
  
• 请阅读 java.nio包的 API 文档。
  
  
  
• 有关 NIO 的更多信息，请阅读“ New I/O APIs”（Sun Microsystems，2002）。
  
  
  
• 从“ Merlin 给 Java 平台带来了非阻塞 I/O”（ developerWorks，2002 年 3 月）了解有关非阻塞 I/O 操作的更多信息。
  
  
  
• 在 developerWorksXML 专区，阅读另一篇有关 NIO 的相关知识的文章“ Working XML: Wrestling with Java NIO”（ developerWorks，2002 年 6 月）。
  
  
  
• 在 Merlin Hughes 的文章“ 彻底转变流，第 2 部分：优化 Java 内部 I/O”（ developerWorks，2002 年 9 月）中，他向您展示了如何加速您的应用程序。
  
  
  
• 在 developerWorksJava 技术专区 ，还可以找到数百篇与 Java 技术相关的参考资料。
  
  
  

关于作者

John Zukowski 为 JZ Ventures, Inc.做战略性的 Java 咨询，同时还是许多由 jGuru社区推动的 Java FAQ的常客，充当解答高手。他最近的著作有 Apress 出版的 Learn Java with JBuilder 6 和 Sybex 出版的 Mastering Java 2: J2SE 1.4 。可以通过 jaz@zukowski.net与他联系。

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内容

• 缓冲区基础
• 缓冲区类型
• 直接 vs. 间接
• 内存映射文件
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