一文搞定Netty 三大组件，如果搞不定，那就再加俩钟

梦里梦外; 2024-03-26 20:11 80阅读 0赞

## 1. 三大组件简介 ##

Channel 与 Buffer

Java NIO 系统的核心在于：**通道 (Channel) 和缓冲区 (Buffer)**。**通道表示打开到 IO 设备 (例如：文件、套接字) 的连接**。若需要使用 NIO 系统，需要获取用于连接 IO 设备的通道 以及用于容纳数据的缓冲区。然后操作缓冲区，对数据进行处理

简而言之，**通道负责传输，缓冲区负责存储**

**常见的 Channel 有以下四种，**其中 FileChannel 主要用于文件传输，其余三种用于网络通信

*  FileChannel
 *  DatagramChannel
 *  SocketChannel
 *  ServerSocketChannel

**Buffer 有以下几种**，其中使用较多的是 ByteBuffer

*  ByteBuffer

MappedByteBuffer

DirectByteBuffer

*  HeapByteBuffer
 *  ShortBuffer
 *  IntBuffer
 *  LongBuffer
 *  FloatBuffer
 *  DoubleBuffer
 *  CharBuffer

## 1、Selector ##

在使用 Selector 之前，处理 socket 连接还有以下两种方法

**使用多线程技术**

为每个连接分别开辟一个线程，分别去处理对应的 socket 连接

这种方法存在以下几个问题

*  内存占用高

每个线程都需要占用一定的内存，当连接较多时，会开辟大量线程，导致占用大量内存

*  线程上下文切换成本高
 *  只适合连接数少的场景

连接数过多，会导致创建很多线程，从而出现问题

使用线程池技术

使用线程池，让线程池中的线程去处理连接

这种方法存在以下几个问题

*  阻塞模式下，线程仅能处理一个连接

线程池中的线程获取任务（task）后，只有当其执行完任务之后（断开连接后），才会去获取并执行下一个任务

若 socke 连接一直未断开，则其对应的线程无法处理其他 socke 连接

*  仅适合短连接场景

短连接即建立连接发送请求并响应后就立即断开，使得线程池中的线程可以快速处理其他连接

**使用选择器**

**selector 的作用就是配合一个线程来管理多个 channel（fileChannel 因为是阻塞式的，所以无法使用 selector）**，，获取这些 channel 上发生的事件，这些 channel 工作在非阻塞模式下，当一个 channel 中没有执行任务时，可以去执行其他channel 中的任务。适合连接数多，但流量较少的场景

若事件未就绪，调用 selector 的 select () 方法会阻塞线程，直到 channel 发生了就绪事件。这些事件就绪后，select 方法就会返回这些事件交给 thread 来处理

## 2、ByteBuffer ##

使用案例

使用方式

*  向 buffer 写入数据，例如调用 channel.read (buffer)
 *  调用 flip () 切换至

读模式

flip 会使得 buffer 中的 limit 变为 position，position 变为 0

*  从 buffer 读取数据，例如调用 buffer.get ()
 *  调用 clear () 或者 compact () 切换至

写模式

调用 clear () 方法时 position=0，limit 变为 capacity

调用 compact () 方法时，会将缓冲区中的未读数据压缩到缓冲区前面

*  重复以上步骤

使用 ByteBuffer 读取文件中的内容

public class TestByteBuffer {
    public static void main(String[] args) {
    try (FileChannel channel = new FileInputStream("stu.txt").getChannel()){
    //给缓冲区 分配空间
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
    int read = 0 ;
    StringBuilder builder = new StringBuilder();
    while ((read =channel.read(buffer))>0){
    //切换成 读模式 limit = position; position=0
    buffer.flip();
    while (buffer.hasRemaining()){
    builder.append((char)buffer.get());
    }
    //清空字节数组 切换成 写模式 position=0 ;limit = capacity
    buffer.clear();
    }
    System.out.println(builder.toString());
    } catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
    } finally {
    
    }
    }
    }

打印结果：

0123456789abcdef

**核心属性**

字节缓冲区的父类 Buffer 中有几个核心属性，如下

// Invariants: mark <= position <= limit <= capacity
    private int mark = -1;
    private int position = 0;
    private int limit;
    private int capacity;

*  capacity：缓冲区的容量。通过构造函数赋予，一旦设置，无法更改
 *  limit：缓冲区的界限。位于 limit 后的数据不可读写。缓冲区的限制不能为负，并且 不能大于其容量
 *  position： 下一个读写位置的索引（类似 PC）。缓冲区的位置不能为负，并且不能大于 limit
 *  mark：记录当前 position 的值。position 被改变后，可以通过调用 reset () 方法恢复到 mark 的位置。

以上四个属性必须满足以下要求

mark <= position <= limit <= capacity

**核心方法**

*  put () 方法
 *  put () 方法可以将一个数据放入到缓冲区中。

进行该操作后，postition 的值会 +1，指向下一个可以放入的位置。capacity = limit ，为缓冲区容量的值。

**flip () 方法**

*  flip () 方法会 切换对缓冲区的操作模式 ，由 写 -> 读 / 读 -> 写
 *  进行该操作后

如果是 写模式 -> 读模式，position = 0 ， limit 指向最后一个元素的下一个位置，capacity 不变

如果是读 -> 写 ，则恢复为 put () 方法中的值

**get () 方法**

*  get () 方法会读取缓冲区中的一个值
 *  进行该操作后，position 会 +1 ，如果超过了 limit 则会抛出异常
 *  注意：get (i) 方法不会改变 position 的值

**rewind () 方法**

*  该方法 只能在读模式下使用
 *  rewind () 方法后，会恢复 position、limit 和 capacity 的值，变为进行 get () 前的值

**clear () 方法**

*  clear () 方法会将缓冲区中的各个属性恢复为最初的状态，position = 0, capacity = limit
 *  此时缓冲区的数据依然存在，处于 “被遗忘” 状态，下次进行写操作时会覆盖这些数据

**mark () 和 reset () 方法**

*  mark () 方法会将 postion 的值保存到 mark 属性中
 *  reset () 方法会将 position 的值改为 mark 中保存的值

**compact () 方法**

此方法为 ByteBuffer 的方法，而不是 Buffer 的方法

*  compact 会把未读完的数据向前压缩，然后切换到写模式
 *  数据前移后，原位置的值并未清零，写时会覆盖之前的值

**clear() VS compact()**

clear 只是对 position、limit、mark 进行重置，而 compact 在对 position 进行设置，以及 limit、mark 进行重置的同时，还涉及到数据在内存中拷贝（会调用 array）。所以 compact 比 clear 更耗性能。但 compact 能保存你未读取的数据，将新数据追加到为读取的数据之后；而 clear 则不行，若你调用了 clear，则未读取的数据就无法再读取到了

所以需要根据情况来判断使用哪种方法进行模式切换

## 方法调用及演示 ##

**ByteBuffer 调试工具类**

需要先导入 netty 依赖

<dependency>
    <groupId>io.netty</groupId>
    <artifactId>netty-all</artifactId>
    <version>4.1.51.Final</version>
    </dependency>

import java.nio.ByteBuffer;
    import io.netty.util.internal.MathUtil;
    import io.netty.util.internal.StringUtil;
    import io.netty.util.internal.MathUtil.*;
    public class ByteBufferUtil {
    private static final char[] BYTE2CHAR = new char[256];
    private static final char[] HEXDUMP_TABLE = new char[256 * 4];
    private static final String[] HEXPADDING = new String[16];
    private static final String[] HEXDUMP_ROWPREFIXES = new String[65536 >>> 4];
    private static final String[] BYTE2HEX = new String[256];
    private static final String[] BYTEPADDING = new String[16];
    static {
    final char[] DIGITS = "0123456789abcdef".toCharArray();
    for (int i = 0; i < 256; i++) {
    HEXDUMP_TABLE[i << 1] = DIGITS[i >>> 4 & 0x0F];
    HEXDUMP_TABLE[(i << 1) + 1] = DIGITS[i & 0x0F];
    }
    int i;
    // Generate the lookup table for hex dump paddings
    for (i = 0; i < HEXPADDING.length; i++) {
    int padding = HEXPADDING.length - i;
    StringBuilder buf = new StringBuilder(padding * 3);
    for (int j = 0; j < padding; j++) {
    buf.append(" ");
    }
    HEXPADDING[i] = buf.toString();
    }
    // Generate the lookup table for the start-offset header in each row (up to 64KiB).
    for (i = 0; i < HEXDUMP_ROWPREFIXES.length; i++) {
    StringBuilder buf = new StringBuilder(12);
    buf.append(StringUtil.NEWLINE);
    buf.append(Long.toHexString(i << 4 & 0xFFFFFFFFL | 0x100000000L));
    buf.setCharAt(buf.length() - 9, '|');
    buf.append('|');
    HEXDUMP_ROWPREFIXES[i] = buf.toString();
    }
    // Generate the lookup table for byte-to-hex-dump conversion
    for (i = 0; i < BYTE2HEX.length; i++) {
    BYTE2HEX[i] = ' ' + StringUtil.byteToHexStringPadded(i);
    }
    // Generate the lookup table for byte dump paddings
    for (i = 0; i < BYTEPADDING.length; i++) {
    int padding = BYTEPADDING.length - i;
    StringBuilder buf = new StringBuilder(padding);
    for (int j = 0; j < padding; j++) {
    buf.append(' ');
    }
    BYTEPADDING[i] = buf.toString();
    }
    // Generate the lookup table for byte-to-char conversion
    for (i = 0; i < BYTE2CHAR.length; i++) {
    if (i <= 0x1f || i >= 0x7f) {
    BYTE2CHAR[i] = '.';
    } else {
    BYTE2CHAR[i] = (char) i;
    }
    }
    }
    /**
    * 打印所有内容
    * @param buffer
    */
    public static void debugAll(ByteBuffer buffer) {
    int oldlimit = buffer.limit();
    buffer.limit(buffer.capacity());
    StringBuilder origin = new StringBuilder(256);
    appendPrettyHexDump(origin, buffer, 0, buffer.capacity());
    System.out.println("+--------+-------------------- all ------------------------+----------------+");
    System.out.printf("position: [%d], limit: [%d]\n", buffer.position(), oldlimit);
    System.out.println(origin);
    buffer.limit(oldlimit);
    }
    /**
    * 打印可读取内容
    * @param buffer
    */
    public static void debugRead(ByteBuffer buffer) {
    StringBuilder builder = new StringBuilder(256);
    appendPrettyHexDump(builder, buffer, buffer.position(), buffer.limit() - buffer.position());
    System.out.println("+--------+-------------------- read -----------------------+----------------+");
    System.out.printf("position: [%d], limit: [%d]\n", buffer.position(), buffer.limit());
    System.out.println(builder);
    }
    private static void appendPrettyHexDump(StringBuilder dump, ByteBuffer buf, int offset, int length) {
    if (MathUtil.isOutOfBounds(offset, length, buf.capacity())) {
    throw new IndexOutOfBoundsException(
    "expected: " + "0 <= offset(" + offset + ") <= offset + length(" + length
    + ") <= " + "buf.capacity(" + buf.capacity() + ')');
    }
    if (length == 0) {
    return;
    }
    dump.append(
    " +-------------------------------------------------+" +
    StringUtil.NEWLINE + " | 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f |" +
    StringUtil.NEWLINE + "+--------+-------------------------------------------------+----------------+");
    final int startIndex = offset;
    final int fullRows = length >>> 4;
    final int remainder = length & 0xF;
    // Dump the rows which have 16 bytes.
    for (int row = 0; row < fullRows; row++) {
    int rowStartIndex = (row << 4) + startIndex;
    // Per-row prefix.
    appendHexDumpRowPrefix(dump, row, rowStartIndex);
    // Hex dump
    int rowEndIndex = rowStartIndex + 16;
    for (int j = rowStartIndex; j < rowEndIndex; j++) {
    dump.append(BYTE2HEX[getUnsignedByte(buf, j)]);
    }
    dump.append(" |");
    // ASCII dump
    for (int j = rowStartIndex; j < rowEndIndex; j++) {
    dump.append(BYTE2CHAR[getUnsignedByte(buf, j)]);
    }
    dump.append('|');
    }
    // Dump the last row which has less than 16 bytes.
    if (remainder != 0) {
    int rowStartIndex = (fullRows << 4) + startIndex;
    appendHexDumpRowPrefix(dump, fullRows, rowStartIndex);
    // Hex dump
    int rowEndIndex = rowStartIndex + remainder;
    for (int j = rowStartIndex; j < rowEndIndex; j++) {
    dump.append(BYTE2HEX[getUnsignedByte(buf, j)]);
    }
    dump.append(HEXPADDING[remainder]);
    dump.append(" |");
    // Ascii dump
    for (int j = rowStartIndex; j < rowEndIndex; j++) {
    dump.append(BYTE2CHAR[getUnsignedByte(buf, j)]);
    }
    dump.append(BYTEPADDING[remainder]);
    dump.append('|');
    }
    dump.append(StringUtil.NEWLINE +
    "+--------+-------------------------------------------------+----------------+");
    }
    private static void appendHexDumpRowPrefix(StringBuilder dump, int row, int rowStartIndex) {
    if (row < HEXDUMP_ROWPREFIXES.length) {
    dump.append(HEXDUMP_ROWPREFIXES[row]);
    } else {
    dump.append(StringUtil.NEWLINE);
    dump.append(Long.toHexString(rowStartIndex & 0xFFFFFFFFL | 0x100000000L));
    dump.setCharAt(dump.length() - 9, '|');
    dump.append('|');
    }
    }
    public static short getUnsignedByte(ByteBuffer buffer, int index) {
    return (short) (buffer.get(index) & 0xFF);
    }
    }

调用 ByteBuffer 的方法

public class TestByteBuffer {
    public static void main(String[] args) {
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
    // 向buffer中写入1个字节的数据
    buffer.put((byte)97);
    // 使用工具类，查看buffer状态
    ByteBufferUtil.debugAll(buffer);
    // 向buffer中写入4个字节的数据
    buffer.put(new byte[]{98, 99, 100, 101});
    ByteBufferUtil.debugAll(buffer);
    // 获取数据
    buffer.flip();
    ByteBufferUtil.debugAll(buffer);
    System.out.println(buffer.get());
    System.out.println(buffer.get());
    ByteBufferUtil.debugAll(buffer);
    // 使用compact切换模式
    buffer.compact();
    ByteBufferUtil.debugAll(buffer);
    // 再次写入
    buffer.put((byte)102);
    buffer.put((byte)103);
    ByteBufferUtil.debugAll(buffer);
    }
    }

运行结果

// 向缓冲区写入了一个字节的数据，此时postition为1
    +--------+-------------------- all ------------------------+----------------+
    position: [1], limit: [10]
    +-------------------------------------------------+
    | 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f |
    +--------+-------------------------------------------------+----------------+
    |00000000| 61 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |a......... |
    +--------+-------------------------------------------------+----------------+
    // 向缓冲区写入四个字节的数据，此时position为5
    +--------+-------------------- all ------------------------+----------------+
    position: [5], limit: [10]
    +-------------------------------------------------+
    | 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f |
    +--------+-------------------------------------------------+----------------+
    |00000000| 61 62 63 64 65 00 00 00 00 00 |abcde..... |
    +--------+-------------------------------------------------+----------------+
    // 调用flip切换模式，此时position为0，表示从第0个数据开始读取
    +--------+-------------------- all ------------------------+----------------+
    position: [0], limit: [5]
    +-------------------------------------------------+
    | 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f |
    +--------+-------------------------------------------------+----------------+
    |00000000| 61 62 63 64 65 00 00 00 00 00 |abcde..... |
    +--------+-------------------------------------------------+----------------+
    // 读取两个字节的数据
    97
    98
    
    // position变为2
    +--------+-------------------- all ------------------------+----------------+
    position: [2], limit: [5]
    +-------------------------------------------------+
    | 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f |
    +--------+-------------------------------------------------+----------------+
    |00000000| 61 62 63 64 65 00 00 00 00 00 |abcde..... |
    +--------+-------------------------------------------------+----------------+
    
    // 调用compact切换模式，此时position及其后面的数据被压缩到ByteBuffer前面去了
    // 此时position为3，会覆盖之前的数据
    +--------+-------------------- all ------------------------+----------------+
    position: [3], limit: [10]
    +-------------------------------------------------+
    | 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f |
    +--------+-------------------------------------------------+----------------+
    |00000000| 63 64 65 64 65 00 00 00 00 00 |cdede..... |
    +--------+-------------------------------------------------+----------------+
    
    // 再次写入两个字节的数据，之前的 0x64 0x65 被覆盖
    +--------+-------------------- all ------------------------+----------------+
    position: [5], limit: [10]
    +-------------------------------------------------+
    | 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f |
    +--------+-------------------------------------------------+----------------+
    |00000000| 63 64 65 66 67 00 00 00 00 00 |cdefg..... |
    +--------+-------------------------------------------------+----------------+

## 字符串与 ByteBuffer 的相互转换 ##

方法一

编码：字符串调用 getByte 方法获得 byte 数组，将 byte 数组放入 ByteBuffer 中

解码：先调用 ByteBuffer 的 flip 方法，然后通过 StandardCharsets 的 decoder 方法解码

public class Translate {
    public static void main(String[] args) {
    // 准备两个字符串
    String str1 = "hello";
    String str2 = "";
    ByteBuffer buffer1 = ByteBuffer.allocate(16);
    // 通过字符串的getByte方法获得字节数组，放入缓冲区中
    buffer1.put(str1.getBytes());
    ByteBufferUtil.debugAll(buffer1);
    // 将缓冲区中的数据转化为字符串
    // 切换模式
    buffer1.flip();
    
    // 通过StandardCharsets解码，获得CharBuffer，再通过toString获得字符串
    str2 = StandardCharsets.UTF_8.decode(buffer1).toString();
    System.out.println(str2);
    ByteBufferUtil.debugAll(buffer1);
    }
    }

运行结果

+--------+-------------------- all ------------------------+----------------+
    position: [5], limit: [16]
    +-------------------------------------------------+
    | 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f |
    +--------+-------------------------------------------------+----------------+
    |00000000| 68 65 6c 6c 6f 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |hello...........|
    +--------+-------------------------------------------------+----------------+
    hello
    +--------+-------------------- all ------------------------+----------------+
    position: [5], limit: [5]
    +-------------------------------------------------+
    | 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f |
    +--------+-------------------------------------------------+----------------+
    |00000000| 68 65 6c 6c 6f 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |hello...........|
    +--------+-------------------------------------------------+----------------+

方法二

编码：通过 StandardCharsets 的 encode 方法获得 ByteBuffer，此时获得的 ByteBuffer 为读模式，无需通过 flip 切换模式

解码：通过 StandardCharsets 的 decoder 方法解码

public class Translate {
    public static void main(String[] args) {
    // 准备两个字符串
    String str1 = "hello";
    String str2 = "";
    // 通过StandardCharsets的encode方法获得ByteBuffer
    // 此时获得的ByteBuffer为读模式，无需通过flip切换模式
    ByteBuffer buffer1 = StandardCharsets.UTF_8.encode(str1);
    ByteBufferUtil.debugAll(buffer1);
    // 将缓冲区中的数据转化为字符串
    // 通过StandardCharsets解码，获得CharBuffer，再通过toString获得字符串
    str2 = StandardCharsets.UTF_8.decode(buffer1).toString();
    System.out.println(str2);
    ByteBufferUtil.debugAll(buffer1);
    }
    }

运行结果

+--------+-------------------- all ------------------------+----------------+
    position: [0], limit: [5]
    +-------------------------------------------------+
    | 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f |
    +--------+-------------------------------------------------+----------------+
    |00000000| 68 65 6c 6c 6f |hello |
    +--------+-------------------------------------------------+----------------+
    hello
    +--------+-------------------- all ------------------------+----------------+
    position: [5], limit: [5]
    +-------------------------------------------------+
    | 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f |
    +--------+-------------------------------------------------+----------------+
    |00000000| 68 65 6c 6c 6f |hello |
    +--------+-------------------------------------------------+----------------+

方法三

编码：字符串调用 getByte () 方法获得字节数组，将字节数组传给 ByteBuffer 的 wrap () 方法，通过该方法获得 ByteBuffer。同样无需调用 flip 方法切换为读模式

解码：通过 StandardCharsets 的 decoder 方法解码

public class Translate {
    public static void main(String[] args) {
    // 准备两个字符串
    String str1 = "hello";
    String str2 = "";
    // 通过StandardCharsets的encode方法获得ByteBuffer
    // 此时获得的ByteBuffer为读模式，无需通过flip切换模式
    ByteBuffer buffer1 = ByteBuffer.wrap(str1.getBytes());
    ByteBufferUtil.debugAll(buffer1);
    // 将缓冲区中的数据转化为字符串
    // 通过StandardCharsets解码，获得CharBuffer，再通过toString获得字符串
    str2 = StandardCharsets.UTF_8.decode(buffer1).toString();
    System.out.println(str2);
    ByteBufferUtil.debugAll(buffer1);
    }
    }

运行结果

## 粘包与半包 ##

现象

网络上有多条数据发送给服务端，数据之间使用 \\n 进行分隔

但由于某种原因这些数据在接收时，被进行了重新组合，例如原始数据有 3 条为

*  Hello,world\\n
 *  I’m Nyima\\n
 *  How are you?\\n

变成了下面的两个 byteBuffer (粘包，半包)

*  Hello,world\\nI’m Nyima\\nHo
 *  w are you?\\n

**出现原因**

粘包

发送方 在发送数据时，并不是一条一条地发送数据，而是将数据整合在一起，当数据达到一定的数量后再一起发送。这就会导致多条信息被放在一个缓冲区中被一起发送出去

半包

接收方 的缓冲区的大小是有限的，当接收方的缓冲区满了以后，就需要将信息截断，等缓冲区空了以后再继续放入数据。这就会发生一段完整的数据最后被截断的现象

**解决办法**

*  通过 get (index) 方法遍历 ByteBuffer，遇到分隔符时进行处理。

注意

：get (index) 不会改变 position 的值

记录该段数据长度，以便于申请对应大小的缓冲区

将缓冲区的数据通过 get () 方法写入到 target 中

*  调用 compact 方法切换模式，因为缓冲区中可能还有未读的数据

public class ByteBufferDemo {
    public static void main(String[] args) {
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(32);
    // 模拟粘包+半包
    buffer.put("Hello,world\nI'm Nyima\nHo".getBytes());
    // 调用split函数处理
    split(buffer);
    buffer.put("w are you?\n".getBytes());
    split(buffer);
    }
    private static void split(ByteBuffer buffer) {
    // 切换为读模式
    buffer.flip();
    for(int i = 0; i < buffer.limit(); i++) {
    // 遍历寻找分隔符
    // get(i)不会移动position
    if (buffer.get(i) == '\n') {
    // 缓冲区长度
    int length = i+1-buffer.position();
    ByteBuffer target = ByteBuffer.allocate(length);
    // 将前面的内容写入target缓冲区
    for(int j = 0; j < length; j++) {
    // 将buffer中的数据写入target中
    target.put(buffer.get());
    }
    // 打印查看结果
    ByteBufferUtil.debugAll(target);
    }
    }
    // 切换为写模式，但是缓冲区可能未读完，这里需要使用compact
    buffer.compact();
    }
    }

运行结果

+--------+-------------------- all ------------------------+----------------+
    position: [12], limit: [12]
    +-------------------------------------------------+
    | 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f |
    +--------+-------------------------------------------------+----------------+
    |00000000| 48 65 6c 6c 6f 2c 77 6f 72 6c 64 0a |Hello,world. |
    +--------+-------------------------------------------------+----------------+
    +--------+-------------------- all ------------------------+----------------+
    position: [10], limit: [10]
    +-------------------------------------------------+
    | 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f |
    +--------+-------------------------------------------------+----------------+
    |00000000| 49 27 6d 20 4e 79 69 6d 61 0a |I'm Nyima. |
    +--------+-------------------------------------------------+----------------+
    +--------+-------------------- all ------------------------+----------------+
    position: [13], limit: [13]
    +-------------------------------------------------+
    | 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f |
    +--------+-------------------------------------------------+----------------+
    |00000000| 48 6f 77 20 61 72 65 20 79 6f 75 3f 0a |How are you?. |
    +--------+-------------------------------------------------+----------------+

## 3、FileChannel ##

## 工作模式 ##

FileChannel 只能在阻塞模式下工作，所以无法搭配 Selector

**获取**

不能直接打开 FileChannel，必须通过 FileInputStream、FileOutputStream 或者 RandomAccessFile 来获取 FileChannel，它们都有 getChannel 方法

*  通过 FileInputStream 获取的 channel 只能读
 *  通过 FileOutputStream 获取的 channel 只能写
 *  通过 RandomAccessFile 是否能读写 根据构造 RandomAccessFile 时的读写模式决定

**读取**

通过 FileInputStream 获取 channel，通过 read 方法将数据写入到 ByteBuffer 中

read 方法的返回值表示读到了多少字节，若读到了文件末尾则返回 - 1

int readBytes = channel.read(buffer);

可根据返回值判断是否读取完毕

while(channel.read(buffer) > 0) {
    // 进行对应操作
    ...
    }

**写入**

因为 channel 也是有大小的，所以 write 方法并不能保证一次将 buffer 中的内容全部写入 channel。必须需要按照以下规则进行写入

// 通过hasRemaining()方法查看缓冲区中是否还有数据未写入到通道中
    while(buffer.hasRemaining()) {
    channel.write(buffer);
    }

**关闭**

通道需要 close，一般情况通过 try-with-resource 进行关闭，最好使用以下方法获取 strea 以及 channel，避免某些原因使得资源未被关闭

public class TestChannel {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
    try (FileInputStream fis = new FileInputStream("stu.txt");
    FileOutputStream fos = new FileOutputStream("student.txt");
    FileChannel inputChannel = fis.getChannel();
    FileChannel outputChannel = fos.getChannel()) {
    
    // 执行对应操作
    ...
    
    }
    }
    }

**位置**

position
    channel 也拥有一个保存读取数据位置的属性，即 position
    long pos = channel.position();

可以通过 position (int pos) 设置 channel 中 position 的值

long newPos = ...;
    channel.position(newPos);

设置当前位置时，如果设置为文件的末尾

*  这时读取会返回 -1
 *  这时写入，会追加内容，但要注意如果 position 超过了文件末尾，再写入时在新内容和原末尾之间会有空洞（00）

**强制写入**

操作系统出于性能的考虑，会将数据缓存，不是立刻写入磁盘，而是等到缓存满了以后将所有数据一次性的写入磁盘。可以调用 force(true) 方法将文件内容和元数据（文件的权限等信息）立刻写入磁盘

## 2、两个 Channel 传输数据 ##

**transferTo 方法**

使用 transferTo 方法可以快速、高效地将一个 channel 中的数据传输到另一个 channel 中，但一次只能传输 2G 的内容

transferTo 底层使用了零拷贝技术

public class TestChannel {
    public static void main(String[] args){
    try (FileInputStream fis = new FileInputStream("stu.txt");
    FileOutputStream fos = new FileOutputStream("student.txt");
    FileChannel inputChannel = fis.getChannel();
    FileChannel outputChannel = fos.getChannel()) {
    // 参数：inputChannel的起始位置，传输数据的大小，目的channel
    // 返回值为传输的数据的字节数
    // transferTo一次只能传输2G的数据
    inputChannel.transferTo(0, inputChannel.size(), outputChannel);
    } catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
    }
    }
    }

当传输的文件大于 2G 时，需要使用以下方法进行多次传输

public class TestChannel {
    public static void main(String[] args){
    try (FileInputStream fis = new FileInputStream("stu.txt");
    FileOutputStream fos = new FileOutputStream("student.txt");
    FileChannel inputChannel = fis.getChannel();
    FileChannel outputChannel = fos.getChannel()) {
    long size = inputChannel.size();
    long capacity = inputChannel.size();
    // 分多次传输
    while (capacity > 0) {
    // transferTo返回值为传输了的字节数
    capacity -= inputChannel.transferTo(size-capacity, capacity, outputChannel);
    }
    } catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
    }
    }
    }

## 3、Path 与 Paths ##

Path 用来表示文件路径
    Paths 是工具类，用来获取 Path 实例
    Path source = Paths.get("1.txt"); // 相对路径 不带盘符 使用 user.dir 环境变量来定位 1.txt
    Path source = Paths.get("d:\\1.txt"); // 绝对路径 代表了 d:\1.txt 反斜杠需要转义
    Path source = Paths.get("d:/1.txt"); // 绝对路径 同样代表了 d:\1.txt
    Path projects = Paths.get("d:\\data", "projects"); // 代表了 d:\data\projects

*  . 代表了当前路径
 *  … 代表了上一级路径

例如目录结构如下

d:
    |- data
    |- projects
    |- a
    |- b

代码

Path path = Paths.get("d:\\data\\projects\\a\\..\\b");
    System.out.println(path);
    System.out.println(path.normalize()); // 正常化路径 会去除 . 以及 ..

输出结果为

d:\data\projects\a\..\b
    d:\data\projects\b

## 4、Files ##

**查找**

检查文件是否存在

Path path = Paths.get("helloword/data.txt");
    System.out.println(Files.exists(path));

**创建**

创建一级目录

Path path = Paths.get("helloword/d1");
    Files.createDirectory(path);

如果目录已存在，会抛异常 FileAlreadyExistsException

不能一次创建多级目录，否则会抛异常 NoSuchFileException

创建多级目录用

Path path = Paths.get("helloword/d1/d2");
    Files.createDirectories(path);

**拷贝及移动**

拷贝文件

Path source = Paths.get("helloword/data.txt");
    Path target = Paths.get("helloword/target.txt");
    Files.copy(source, target);

如果文件已存在，会抛异常 FileAlreadyExistsException

如果希望用 source 覆盖 掉 target，需要用 StandardOption 来控制

Files.copy(source, target, StandardOption.REPLACE_EXISTING);

**移动文件**

Path source = Paths.get("helloword/data.txt");
    Path target = Paths.get("helloword/data.txt");
    Files.move(source, target, StandardOption.ATOMIC_MOVE);

StandardOption.ATOMIC\_MOVE 保证文件移动的原子性

**删除**

删除文件

Path target = Paths.get("helloword/target.txt");
    Files.delete(target);

如果文件不存在，会抛异常 NoSuchFileException

删除目录

Path target = Paths.get("helloword/d1");
    Files.delete(target);

如果目录还有内容，会抛异常 DirectoryNotEmptyException

**遍历**

可以使用 Files 工具类中的 walkFileTree (Path, FileVisitor) 方法，其中需要传入两个参数

*  Path：文件起始路径
 *  FileVisitor：文件访问器，

使用访问者模式

接口的实现类

SimpleFileVisitor

有四个方法

*  preVisitDirectory：访问目录前的操作
 *  visitFile：访问文件的操作
 *  visitFileFailed：访问文件失败时的操作
 *  postVisitDirectory：访问目录后的操作

public class TestFiles {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
    AtomicInteger ditCount = new AtomicInteger();
    AtomicInteger fileCount = new AtomicInteger();
    Files.walkFileTree(Paths.get("D:\\Program Files\\jdk7"),new SimpleFileVisitor<Path>(){
    @Override
    public FileVisitResult preVisitDirectory(Path dir, BasicFileAttributes attrs) throws IOException {
    System.err.println("=====>"+dir);
    ditCount.incrementAndGet();
    return super.preVisitDirectory(dir, attrs);
    }
    @Override
    public FileVisitResult visitFile(Path file, BasicFileAttributes attrs) throws IOException {
    System.out.println("=====>"+file);
    fileCount.incrementAndGet();
    return super.visitFile(file, attrs);
    }
    });
    System.out.println("dir count :"+ditCount);
    System.out.println("file count :"+fileCount);
    }
    }

运行结果如下

...

=====>D:\Program Files\jdk7\jre7\lib\zi\SystemV\EST5EDT
    =====>D:\Program Files\jdk7\jre7\lib\zi\SystemV\HST10
    =====>D:\Program Files\jdk7\jre7\lib\zi\SystemV\MST7
    =====>D:\Program Files\jdk7\jre7\lib\zi\SystemV\MST7MDT
    =====>D:\Program Files\jdk7\jre7\lib\zi\SystemV\PST8
    =====>D:\Program Files\jdk7\jre7\lib\zi\SystemV\PST8PDT
    =====>D:\Program Files\jdk7\jre7\lib\zi\SystemV\YST9
    =====>D:\Program Files\jdk7\jre7\lib\zi\SystemV\YST9YDT
    =====>D:\Program Files\jdk7\jre7\lib\zi\WET
    =====>D:\Program Files\jdk7\jre7\lib\zi\ZoneInfoMappings
    =====>D:\Program Files\jdk7\jre7\LICENSE
    =====>D:\Program Files\jdk7\jre7\README.txt
    =====>D:\Program Files\jdk7\jre7\release
    =====>D:\Program Files\jdk7\jre7\THIRDPARTYLICENSEREADME-JAVAFX.txt
    =====>D:\Program Files\jdk7\jre7\THIRDPARTYLICENSEREADME.txt
    =====>D:\Program Files\jdk7\jre7\Welcome.html
    dir count :183
    file count :2437