Разбираемся с java.nio.*

Этот пакет был добавлен еще в Java 1.4, однако многие разработчики о нем либо не знают, либо не умеют пользоваться. В сети мало материалов на эту тему, особенно на русском.

Введение

Java New IO — «новая» реализация IO. Ее предназначение — решить проблемы производительности стандартного блокирующего IO. Почти все методы чтения-записи без блокировок, они читают или записывают лишь уже доступную информацию. Это позволяет в одном или нескольких потоках обрабатывать любое количество подключений.

Продолжение под хабракатом

Buffers

Более функциональная и удобная замена массивов. Используется для хранения считанной информации и в качестве источника для записи. Всего есть несколько типов буферов:

• ByteBuffer — хранит байты. Может быть представлен в виде других буферов.
• ShortBuffer — хранит short‘ы. Может быть представлен в виде ByteBuffer‘а
• IntBuffer — хранит int‘ы. Может быть представлен в виде ByteBuffer‘а
• LongBuffer — хранит long‘и. Может быть представлен в виде ByteBuffer‘а
• FloatBuffer — хранит float‘ы. Может быть представлен в виде ByteBuffer‘а
• CharBuffer — хранит char‘ы. Может быть представлен в виде ByteBuffer‘а

Помимо этого, можно создать ReadOnlyBuffer методом asReadOnly(); Каждый буфер имеет размер (capacity), лимит (limit), текущую позицию (position) и метку (mark):

• размер — сколько данных в себя физически может вместить буфер. Устанавливается при создании
• лимит — до какой позиции можно читать или записывать данные в буфер. Можно установить вручную
• позиция — сколько байт уже записано/прочитано. Можно установить вручную, по умолчанию равен нулю
• метка — сохраненная позиция, позволяет вернуться к нужному месту в буфере

Кроме этого, у каждого буфера есть пара методов, которые позволяют им управлять:

• get(index) — возвращает элемент на указанной позиции
• put(index, type) — устанавливает элемент на указанную позицию
• get() — возвращает элемент на текущей позиции, затем повышает позицию на 1
• put(type) — устанавливает элемент type на текущую позицию, затем повышает позицию на 1
• clear() — ставит позицию на 0, лимит на размер и удаляет метку. Подготавливает буфер для записи
• flip() — ставит лимит равным позиции, затем позицию на 0 и удаляет метку. Подготавливает буфер для чтения
• rewind() — ставит позицию на 0 и удаляет метку. Используется для того чтобы заново прочесть буфер
• position(int), position() — установка и получение позиции соответственно
• limit(int), limit() — установка и получение лимита соответственно
• remaing() — возвращает сколько еще элементов можно прочитать или записать
• mark() — устанавливает метку на текущую позицию
• reset() — возвращает позицию к метке

Создать буфер можно тоже разным способами:

• (Type)Buffer.allocate(capacity) — создает буфер в Heap. Можно преобразовать в массив с помощью метода array()
• ByteBuffer.allocateDirect(capacity*typesize).asType() — создает буфер в системной памяти. Нельзя преобразовать в массив.

Channels

Заместо Stream’ов, в NIO используются каналы (Channel), которые могут объеденять функциональность InputStream и OutputStream.
Сам по себе Channel имеет только методы close() и isOpen(). Остальные методы добавляются реализуемыми им интерфейсами:

• ReadableChannel — возможность чтения содержимого из канала в ByteBuffer (channel.read(dst))
• WriteableChannel — возможность записи содержимого в канал из ByteBuffer (channel.write(src))
• SelectableChannel — возможность использовать Selector и отключить блокировки (об этом ниже)
• AsynchronousChannel — возможность читать и записывать из нескольких потоков

Для удобного управления SelectableChannel есть специальный класс — Selector. Его можно использовать только после того, как Вы отключили блокировки (channel.configureBlocking(false));

Selectors и SelectionKeys

Selector — своеобразный слушатель, который сообщает, когда с каналом можно совершить какое-то действие. Без него не получится сделать нормальное NIO приложение. Для начала его надо создать. Selector создается с статического метода Selector.open(). После создания селектора, необходимо его зарегестрировать на нужном канале. Это делается с помощью метода:

SelectionKey key = channel.register(selector, ops, [attach])

Selection Op определяет, какие события необходимо отслеживать:

• SelectionKey.OP_READ — если в канале есть данные, доступные для чтения
• SelectionKey.OP_WRITE — если канал доступен для записи.
  Внимание! Ставьте этот op только если есть данные, доступные для записи.
• SelectionKey.OP_ACCEPT — только для ServerSocketChannel. Если есть непринятые подключения
• SelectionKey.OP_CONNECT — только для *SocketChannel. Если подключение успешно закончилось

OP’ы можно объеденять с помощью логического ИЛИ:

int ops = SelectionKey.OP_ACCEPT | SelectionKey.OP_READ;

SelectionKey — объект, который провоцирует событие. Имеет несколько полезных методов:

• attach(Object) — добавляет «прикрепление» к ключу. Например, обработчик
• attachment() — возвращает ранее добавленное прикрепление
• channel() — возвращает канал, к которому прикреплен ключ
• cancel() — убирает ключ из селектора

Чтобы обрабатывать каналы с Selector‘ом, необходимо сделать цикл, который работает до закрытия канала. Пример приведени ниже:

while(!serverKey.isCancelled()) { 	selector.select(); // Ждем до того, как появится хотя бы одно событие. Как появятся, выбираем ключи с этими событиями 	Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator(); // Получаем итератор выбранных ключей 	while(iterator.hasNext()) 	{ 		SelectionKey key = iterator.next(); 		SelectableChannel channel = key.channel(); 		if(key.isAcceptable()) 		{ 			// принимаем подключение у сервера. Тут же его регистрируем в селекторе с OP_READ. 		} 		if(key.isReadable()) 		{ 			// читаем данные, если длина -1, удаляем ключ с помощью key.cancel(); 		} 		if(key.isWriteable()) 		{ 			// записываем данные 		} 		iterator.remove(); // Удаляем ключ из выбранных, так как мы его обработали 	} } selector.close();

Это все, что нужно знать для начала работы с NIO. Вопросы задавайте в комментариях.