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Java学习手册：Java I/O与NIO

news 来源：原创 2025/5/17 13:19:30

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Selector
            Selector 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();
        }
    }
}