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JVM系列三:JVM参数设置、分析

JAVA

不管是YGC还是Full GC,GC过程中都会对导致程序运行中中断,正确的选择不同的GC策略,调整JVM、GC的参数，可以极大的减少由于GC工作，而导致的程序运行中断方面的问题，进而适当的提高Java程序的工作效率。但是调整GC是以个极为复杂的过程，由于各个程序具备不同的特点，如：web和GUI程序就有很大区别（Web可以适当的停顿，但GUI停顿是客户无法接受的），而且由于跑在各个机器上的配置不同（主要cup个数，内存不同），所以使用的GC种类也会不同(如何选择见GC种类及如何选择)。本文将注重介绍JVM、GC的一些重要参数的设置来提高系统的性能。

       JVM内存组成及GC相关内容请见之前的文章:JVM内存组成 GC策略&内存申请。

JVM参数的含义 实例见实例分析

参数名称 含义 默认值
-Xms 初始堆大小 物理内存的1/64(<1GB) 默认(MinHeapFreeRatio参数可以调整)空余堆内存小于40%时，JVM就会增大堆直到-Xmx的最大限制.
-Xmx 最大堆大小 物理内存的1/4(<1GB) 默认(MaxHeapFreeRatio参数可以调整)空余堆内存大于70%时，JVM会减少堆直到 -Xms的最小限制
-Xmn 年轻代大小(1.4or lator) 注意：此处的大小是（eden+ 2 survivor space).与jmap -heap中显示的New gen是不同的。
整个堆大小=年轻代大小 + 年老代大小 + 持久代大小.
增大年轻代后,将会减小年老代大小.此值对系统性能影响较大,Sun官方推荐配置为整个堆的3/8
-XX:NewSize 设置年轻代大小(for 1.3/1.4)
-XX:MaxNewSize 年轻代最大值(for 1.3/1.4)
-XX:PermSize 设置持久代(perm gen)初始值 物理内存的1/64
-XX:MaxPermSize 设置持久代最大值 物理内存的1/4
-Xss 每个线程的堆栈大小 JDK5.0以后每个线程堆栈大小为1M,以前每个线程堆栈大小为256K.更具应用的线程所需内存大小进行 调整.在相同物理内存下,减小这个值能生成更多的线程.但是操作系统对一个进程内的线程数还是有限制的,不能无限生成,经验值在3000~5000左右
一般小的应用， 如果栈不是很深， 应该是128k够用的 大的应用建议使用256k。这个选项对性能影响比较大，需要严格的测试。（校长）
和threadstacksize选项解释很类似,官方文档似乎没有解释,在论坛中有这样一句话:””
-Xss is translated in a VM flag named ThreadStackSize”
一般设置这个值就可以了。
–XX:ThreadStackSize Thread Stack Size (0 means use default stack size) [Sparc: 512; Solaris x86: 320 (was 256 prior in 5.0 and earlier); Sparc 64 bit: 1024; Linux amd64: 1024 (was 0 in 5.0 and earlier); all others 0.]
-XX:NewRatio 年轻代(包括Eden和两个Survivor区)与年老代的比值(除去持久代) -XX:NewRatio=4表示年轻代与年老代所占比值为1:4,年轻代占整个堆栈的1/5
Xms=Xmx并且设置了Xmn的情况下，该参数不需要进行设置。
-XX:SurvivorRatio Eden区与Survivor区的大小比值 设置为8,则两个Survivor区与一个Eden区的比值为2:8,一个Survivor区占整个年轻代的1/10
-XX:LargePageSizeInBytes 内存页的大小不可设置过大， 会影响Perm的大小 =128m
-XX:+UseFastAccessorMethods 原始类型的快速优化
-XX:+DisableExplicitGC 关闭System.gc() 这个参数需要严格的测试
-XX:MaxTenuringThreshold 垃圾最大年龄 如果设置为0的话,则年轻代对象不经过Survivor区,直接进入年老代. 对于年老代比较多的应用,可以提高效率.如果将此值设置为一个较大值,则年轻代对象会在Survivor区进行多次复制,这样可以增加对象再年轻代的存活 时间,增加在年轻代即被回收的概率
该参数只有在串行GC时才有效.
-XX:+AggressiveOpts 加快编译
-XX:+UseBiasedLocking 锁机制的性能改善
-Xnoclassgc 禁用垃圾回收
-XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB 每兆堆空闲空间中SoftReference的存活时间 1s softly reachable objects will remain alive for some amount of time after the last time they were referenced. The default value is one second of lifetime per free megabyte in the heap
-XX:PretenureSizeThreshold 对象超过多大是直接在旧生代分配 0 单位字节 新生代采用Parallel Scavenge GC时无效
另一种直接在旧生代分配的情况是大的数组对象,且数组中无外部引用对象.
-XX:TLABWasteTargetPercent TLAB占eden区的百分比 1%
-XX:+CollectGen0First FullGC时是否先YGC false

并行收集器相关参数

-XX:+UseParallelGC Full GC采用parallel MSC
(此项待验证)		 选择垃圾收集器为并行收集器.此配置仅对年轻代有效.即上述配置下,年轻代使用并发收集,而年老代仍旧使用串行收集.(此项待验证)
-XX:+UseParNewGC 设置年轻代为并行收集 可与CMS收集同时使用
JDK5.0以上,JVM会根据系统配置自行设置,所以无需再设置此值
-XX:ParallelGCThreads 并行收集器的线程数 此值最好配置与处理器数目相等 同样适用于CMS
-XX:+UseParallelOldGC 年老代垃圾收集方式为并行收集(Parallel Compacting) 这个是JAVA 6出现的参数选项
-XX:MaxGCPauseMillis 每次年轻代垃圾回收的最长时间(最大暂停时间) 如果无法满足此时间,JVM会自动调整年轻代大小,以满足此值.
-XX:+UseAdaptiveSizePolicy 自动选择年轻代区大小和相应的Survivor区比例 设置此选项后,并行收集器会自动选择年轻代区大小和相应的Survivor区比例,以达到目标系统规定的最低相应时间或者收集频率等,此值建议使用并行收集器时,一直打开.
-XX:GCTimeRatio 设置垃圾回收时间占程序运行时间的百分比 公式为1/(1+n)
-XX:+ScavengeBeforeFullGC Full GC前调用YGC true Do young generation GC prior to a full GC. (Introduced in 1.4.1.)

CMS相关参数

-XX:+UseConcMarkSweepGC 使用CMS内存收集 测试中配置这个以后,-XX:NewRatio=4的配置失效了,原因不明.所以,此时年轻代大小最好用-Xmn设置.???
-XX:+AggressiveHeap 试图是使用大量的物理内存
长时间大内存使用的优化，能检查计算资源（内存， 处理器数量）
至少需要256MB内存
大量的CPU／内存， （在1.4.1在4CPU的机器上已经显示有提升）
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction 多少次后进行内存压缩 由于并发收集器不对内存空间进行压缩,整理,所以运行一段时间以后会产生”碎片”,使得运行效率降低.此值设置运行多少次GC以后对内存空间进行压缩,整理.
-XX:+CMSParallelRemarkEnabled 降低标记停顿
-XX+UseCMSCompactAtFullCollection 在FULL GC的时候， 对年老代的压缩 CMS是不会移动内存的， 因此， 这个非常容易产生碎片， 导致内存不够用， 因此， 内存的压缩这个时候就会被启用。 增加这个参数是个好习惯。
可能会影响性能,但是可以消除碎片
-XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly 使用手动定义初始化定义开始CMS收集 禁止hostspot自行触发CMS GC
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=70 使用cms作为垃圾回收
使用70％后开始CMS收集		 92 为了保证不出现promotion failed(见下面介绍)错误,该值的设置需要满足以下公式CMSInitiatingOccupancyFraction计算公式
-XX:CMSInitiatingPermOccupancyFraction 设置Perm Gen使用到达多少比率时触发 92
-XX:+CMSIncrementalMode 设置为增量模式 用于单CPU情况
-XX:+CMSClassUnloadingEnabled

辅助信息

-XX:+PrintGC 输出形式:

[GC 118250K->113543K(130112K), 0.0094143 secs]
[Full GC 121376K->10414K(130112K), 0.0650971 secs]
-XX:+PrintGCDetails 输出形式:[GC [DefNew: 8614K->781K(9088K), 0.0123035 secs] 118250K->113543K(130112K), 0.0124633 secs]
[GC [DefNew: 8614K->8614K(9088K), 0.0000665 secs][Tenured: 112761K->10414K(121024K), 0.0433488 secs] 121376K->10414K(130112K), 0.0436268 secs]
-XX:+PrintGCTimeStamps
-XX:+PrintGC:PrintGCTimeStamps 可与-XX:+PrintGC -XX:+PrintGCDetails混合使用
输出形式:11.851: [GC 98328K->93620K(130112K), 0.0082960 secs]
-XX:+PrintGCApplicationStoppedTime 打印垃圾回收期间程序暂停的时间.可与上面混合使用 输出形式:Total time for which application threads were stopped: 0.0468229 seconds
-XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime 打印每次垃圾回收前,程序未中断的执行时间.可与上面混合使用 输出形式:Application time: 0.5291524 seconds
-XX:+PrintHeapAtGC 打印GC前后的详细堆栈信息
-Xloggc:filename 把相关日志信息记录到文件以便分析.
与上面几个配合使用
-XX:+PrintClassHistogram garbage collects before printing the histogram.
-XX:+PrintTLAB 查看TLAB空间的使用情况
XX:+PrintTenuringDistribution 查看每次minor GC后新的存活周期的阈值 Desired survivor size 1048576 bytes, new threshold 7 (max 15)
new threshold 7即标识新的存活周期的阈值为7。

GC性能方面的考虑

对于GC的性能主要有2个方面的指标：吞吐量throughput（工作时间不算gc的时间占总的时间比）和暂停pause（gc发生时app对外显示的无法响应）。

1. Total Heap

默认情况下，vm会增加/减少heap大小以维持free space在整个vm中占的比例，这个比例由MinHeapFreeRatio和MaxHeapFreeRatio指定。

一般而言，server端的app会有以下规则：

  • 对vm分配尽可能多的memory；
  • 将Xms和Xmx设为一样的值。如果虚拟机启动时设置使用的内存比较小，这个时候又需要初始化很多对象，虚拟机就必须重复地增加内存。
  • 处理器核数增加，内存也跟着增大。

2. The Young Generation

另外一个对于app流畅性运行影响的因素是young generation的大小。young generation越大，minor collection越少；但是在固定heap size情况下，更大的young generation就意味着小的tenured generation，就意味着更多的major collection(major collection会引发minor collection)。

NewRatio反映的是young和tenured generation的大小比例。NewSize和MaxNewSize反映的是young generation大小的下限和上限，将这两个值设为一样就固定了young generation的大小（同Xms和Xmx设为一样）。

如果希望，SurvivorRatio也可以优化survivor的大小，不过这对于性能的影响不是很大。SurvivorRatio是eden和survior大小比例。

一般而言，server端的app会有以下规则：

  • 首先决定能分配给vm的最大的heap size，然后设定最佳的young generation的大小；
  • 如果heap size固定后，增加young generation的大小意味着减小tenured generation大小。让tenured generation在任何时候够大，能够容纳所有live的data（留10%-20%的空余）。

经验&&规则

  1. 年轻代大小选择
    • 响应时间优先的应用:尽可能设大,直到接近系统的最低响应时间限制(根据实际情况选择).在此种情况下,年轻代收集发生的频率也是最小的.同时,减少到达年老代的对象.
    • 吞吐量优先的应用:尽可能的设置大,可能到达Gbit的程度.因为对响应时间没有要求,垃圾收集可以并行进行,一般适合8CPU以上的应用.
    • 避免设置过小.当新生代设置过小时会导致:1.YGC次数更加频繁 2.可能导致YGC对象直接进入旧生代,如果此时旧生代满了,会触发FGC.
  2. 年老代大小选择
    1. 响应时间优先的应用:年老代使用并发收集器,所以其大小需要小心设置,一般要考虑并发会话率和会话持续时间等一些参数.如果堆设置小了,可以会造成内存碎 片,高回收频率以及应用暂停而使用传统的标记清除方式;如果堆大了,则需要较长的收集时间.最优化的方案,一般需要参考以下数据获得:
      并发垃圾收集信息、持久代并发收集次数、传统GC信息、花在年轻代和年老代回收上的时间比例。
    2. 吞吐量优先的应用:一般吞吐量优先的应用都有一个很大的年轻代和一个较小的年老代.原因是,这样可以尽可能回收掉大部分短期对象,减少中期的对象,而年老代尽存放长期存活对象.
  3. 较小堆引起的碎片问题
    因为年老代的并发收集器使用标记,清除算法,所以不会对堆进行压缩.当收集器回收时,他会把相邻的空间进行合并,这样可以分配给较大的对象.但是,当堆空间较小时,运行一段时间以后,就会出现”碎片”,如果并发收集器找不到足够的空间,那么并发收集器将会停止,然后使用传统的标记,清除方式进行回收.如果出现”碎片”,可能需要进行如下配置:
    -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection:使用并发收集器时,开启对年老代的压缩.
    -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0:上面配置开启的情况下,这里设置多少次Full GC后,对年老代进行压缩
  4. 用64位操作系统，Linux下64位的jdk比32位jdk要慢一些，但是吃得内存更多，吞吐量更大
  5. XMX和XMS设置一样大，MaxPermSize和MinPermSize设置一样大，这样可以减轻伸缩堆大小带来的压力
  6. 使用CMS的好处是用尽量少的新生代，经验值是128M－256M， 然后老生代利用CMS并行收集， 这样能保证系统低延迟的吞吐效率。 实际上cms的收集停顿时间非常的短，2G的内存， 大约20－80ms的应用程序停顿时间
  7. 系统停顿的时候可能是GC的问题也可能是程序的问题，多用jmap和jstack查看，或者killall -3 java，然后查看java控制台日志，能看出很多问题。(相关工具的使用方法将在后面的blog中介绍)
  8. 仔细了解自己的应用，如果用了缓存，那么年老代应该大一些，缓存的HashMap不应该无限制长，建议采用LRU算法的Map做缓存，LRUMap的最大长度也要根据实际情况设定。
  9. 采用并发回收时，年轻代小一点，年老代要大，因为年老大用的是并发回收，即使时间长点也不会影响其他程序继续运行，网站不会停顿
  10. JVM参数的设置(特别是 –Xmx –Xms –Xmn -XX:SurvivorRatio  -XX:MaxTenuringThreshold等参数的设置没有一个固定的公式，需要根据PV old区实际数据 YGC次数等多方面来衡量。为了避免promotion faild可能会导致xmn设置偏小，也意味着YGC的次数会增多，处理并发访问的能力下降等问题。每个参数的调整都需要经过详细的性能测试，才能找到特定应用的最佳配置。

promotion failed:

垃圾回收时promotion failed是个很头痛的问题，一般可能是两种原因产生，第一个原因是救助空间不够，救助空间里的对象还不应该被移动到年老代，但年轻代又有很多对象需要放入救助空间；第二个原因是年老代没有足够的空间接纳来自年轻代的对象；这两种情况都会转向Full GC，网站停顿时间较长。

解决方方案一：

第一个原因我的最终解决办法是去掉救助空间，设置-XX:SurvivorRatio=65536 -XX:MaxTenuringThreshold=0即可，第二个原因我的解决办法是设置CMSInitiatingOccupancyFraction为某个值（假设70），这样年老代空间到70%时就开始执行CMS，年老代有足够的空间接纳来自年轻代的对象。

解决方案一的改进方案：

又有改进了，上面方法不太好，因为没有用到救助空间，所以年老代容易满，CMS执行会比较频繁。我改善了一下，还是用救助空间，但是把救助空间加大，这样也不会有promotion failed。具体操作上，32位Linux和64位Linux好像不一样，64位系统似乎只要配置MaxTenuringThreshold参数，CMS还是有暂停。为了解决暂停问题和promotion failed问题，最后我设置-XX:SurvivorRatio=1 ，并把MaxTenuringThreshold去掉，这样即没有暂停又不会有promotoin failed，而且更重要的是，年老代和永久代上升非常慢（因为好多对象到不了年老代就被回收了），所以CMS执行频率非常低，好几个小时才执行一次，这样，服务器都不用重启了。

-Xmx4000M -Xms4000M -Xmn600M -XX:PermSize=500M -XX:MaxPermSize=500M -Xss256K -XX:+DisableExplicitGC -XX:SurvivorRatio=1 -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC -XX:+CMSParallelRemarkEnabled -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0 -XX:+CMSClassUnloadingEnabled -XX:LargePageSizeInBytes=128M -XX:+UseFastAccessorMethods -XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=80 -XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB=0 -XX:+PrintClassHistogram -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintHeapAtGC -Xloggc:log/gc.log

 

CMSInitiatingOccupancyFraction值与Xmn的关系公式

上面介绍了promontion faild产生的原因是EDEN空间不足的情况下将EDEN与From survivor中的存活对象存入To survivor区时,To survivor区的空间不足，再次晋升到old gen区，而old gen区内存也不够的情况下产生了promontion faild从而导致full gc.那可以推断出：eden+from survivor < old gen区剩余内存时，不会出现promontion faild的情况，即： (Xmx-Xmn)*(1-CMSInitiatingOccupancyFraction/100)>=(Xmn-Xmn/(SurvivorRatior+2))  进而推断出：

CMSInitiatingOccupancyFraction <=((Xmx-Xmn)-(Xmn-Xmn/(SurvivorRatior+2)))/(Xmx-Xmn)*100 例如： 当xmx=128 xmn=36 SurvivorRatior=1时 CMSInitiatingOccupancyFraction<=((128.0-36)-(36-36/(1+2)))/(128-36)*100 =73.913 当xmx=128 xmn=24 SurvivorRatior=1时 CMSInitiatingOccupancyFraction<=((128.0-24)-(24-24/(1+2)))/(128-24)*100=84.615… 当xmx=3000 xmn=600 SurvivorRatior=1时  CMSInitiatingOccupancyFraction<=((3000.0-600)-(600-600/(1+2)))/(3000-600)*100=83.33 CMSInitiatingOccupancyFraction低于70% 需要调整xmn或SurvivorRatior值。 令： 网上一童鞋推断出的公式是：:(Xmx-Xmn)*(100-CMSInitiatingOccupancyFraction)/100>=Xmn 这个公式个人认为不是很严谨，在内存小的时候会影响xmn的计算。

 

关于实际环境的GC参数配置见:实例分析   监测工具见JVM监测

参考：

JAVA HOTSPOT VM（http://www.helloying.com/blog/archives/164）

JVM 几个重要的参数 (校长)

java jvm 参数 -Xms -Xmx -Xmn -Xss 调优总结

Java HotSpot VM Options

http://bbs.weblogicfans.net/archiver/tid-2835.html

Frequently Asked Questions About the Java HotSpot VM

Java SE HotSpot at a Glance

Java性能调优笔记(内附测试例子 很有用)

说说MaxTenuringThreshold这个参数

 

相关文章推荐:

GC调优方法总结

Java 6 JVM参数选项大全（中文版）

from:http://www.cnblogs.com/redcreen/archive/2011/05/04/2037057.html

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NIO 入门

JAVA

在开始之前

关于本教程

新的输入/输出 (NIO) 库是在 JDK 1.4 中引入的。NIO 弥补了原来的 I/O 的不足，它在标准 Java 代码中提供了高速的、面向块的 I/O。通过定义包含数据的类，以及通过以块的形式处理这些数据，NIO 不用使用本机代码就可以利用低级优化，这是原来的 I/O 包所无法做到的。

在本教程中，我们将讨论 NIO 库的几乎所有方面，从高级的概念性内容到底层的编程细节。除了学习诸如缓冲区和通道这样的关键 I/O 元素外，您还有机会看到在更新后的库中标准 I/O 是如何工作的。您还会了解只能通过 NIO 来完成的工作，如异步 I/O 和直接缓冲区。

在本教程中，我们将使用展示 NIO 库的不同方面的代码示例。几乎每一个代码示例都是一个大的 Java 程序的一部分，您可以在 参考资料 中找到这个 Java 程序。在做这些练习时，我们推荐您在自己的系统上下载、编译和运行这些程序。在您学习了本教程以后，这些代码将为您的 NIO 编程努力提供一个起点。

本教程是为希望学习更多关于 JDK 1.4 NIO 库的知识的所有程序员而写的。为了最大程度地从这里的讨论中获益，您应该理解基本的 Java 编程概念，如类、继承和使用包。多少熟悉一些原来的 I/O 库(来自 java.io.* 包)也会有所帮助。

虽然本教程要求掌握 Java 语言的工作词汇和概念，但是不需要有很多实际编程经验。除了彻底介绍与本教程有关的所有概念外，我还保持代码示例尽可能短小和简单。目的是让即使没有多少 Java 编程经验的读者也能容易地开始学习 NIO。

如何运行代码

源代码归档文件(在 参考资料 中提供)包含了本教程中使用的所有程序。每一个程序都由一个 Java 文件构成。每一个文件都根据名称来识别，并且可以容易地与它所展示的编程概念相关联。

教程中的一些程序需要命令行参数才能运行。要从命令行运行一个程序，只需使用最方便的命令行提示符。在 Windows 中，命令行提供符是 “Command” 或者 “command.com” 程序。在 UNIX 中，可以使用任何 shell。

需要安装 JDK 1.4 并将它包括在路径中，才能完成本教程中的练习。如果需要安装和配置 JDK 1.4 的帮助，请参见 参考资料 。

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输入/输出：概念性描述

I/O 简介

I/O ? 或者输入/输出 ? 指的是计算机与外部世界或者一个程序与计算机的其余部分的之间的接口。它对于任何计算机系统都非常关键，因而所有 I/O 的主体实际上是内置在操作系统中的。单独的程序一般是让系统为它们完成大部分的工作。

在 Java 编程中，直到最近一直使用 流 的方式完成 I/O。所有 I/O 都被视为单个的字节的移动，通过一个称为 Stream 的对象一次移动一个字节。流 I/O 用于与外部世界接触。它也在内部使用，用于将对象转换为字节，然后再转换回对象。

NIO 与原来的 I/O 有同样的作用和目的，但是它使用不同的方式? 块 I/O。正如您将在本教程中学到的，块 I/O 的效率可以比流 I/O 高许多。

为什么要使用 NIO?

NIO 的创建目的是为了让 Java 程序员可以实现高速 I/O 而无需编写自定义的本机代码。NIO 将最耗时的 I/O 操作(即填充和提取缓冲区)转移回操作系统，因而可以极大地提高速度。

流与块的比较

原来的 I/O 库(在 java.io.*中) 与 NIO 最重要的区别是数据打包和传输的方式。正如前面提到的，原来的 I/O 以流的方式处理数据，而 NIO 以块的方式处理数据。

面向流 的 I/O 系统一次一个字节地处理数据。一个输入流产生一个字节的数据，一个输出流消费一个字节的数据。为流式数据创建过滤器非常容易。链接几个过滤器，以便每个过滤器只负责单个复杂处理机制的一部分，这样也是相对简单的。不利的一面是，面向流的 I/O 通常相当慢。

一个 面向块 的 I/O 系统以块的形式处理数据。每一个操作都在一步中产生或者消费一个数据块。按块处理数据比按(流式的)字节处理数据要快得多。但是面向块的 I/O 缺少一些面向流的 I/O 所具有的优雅性和简单性。

集成的 I/O

在 JDK 1.4 中原来的 I/O 包和 NIO 已经很好地集成了。 java.io.* 已经以 NIO 为基础重新实现了，所以现在它可以利用 NIO 的一些特性。例如， java.io.* 包中的一些类包含以块的形式读写数据的方法，这使得即使在更面向流的系统中，处理速度也会更快。

也可以用 NIO 库实现标准 I/O 功能。例如，可以容易地使用块 I/O 一次一个字节地移动数据。但是正如您会看到的，NIO 还提供了原 I/O 包中所没有的许多好处。

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通道和缓冲区

概述

通道 和 缓冲区 是 NIO 中的核心对象，几乎在每一个 I/O 操作中都要使用它们。

通道是对原 I/O 包中的流的模拟。到任何目的地(或来自任何地方)的所有数据都必须通过一个 Channel 对象。一个 Buffer 实质上是一个容器对象。发送给一个通道的所有对象都必须首先放到缓冲区中；同样地，从通道中读取的任何数据都要读到缓冲区中。

在本节中，您会了解到 NIO 中通道和缓冲区是如何工作的。

什么是缓冲区？

Buffer 是一个对象， 它包含一些要写入或者刚读出的数据。 在 NIO 中加入 Buffer 对象，体现了新库与原 I/O 的一个重要区别。在面向流的 I/O 中，您将数据直接写入或者将数据直接读到 Stream 对象中。

在 NIO 库中，所有数据都是用缓冲区处理的。在读取数据时，它是直接读到缓冲区中的。在写入数据时，它是写入到缓冲区中的。任何时候访问 NIO 中的数据，您都是将它放到缓冲区中。

缓冲区实质上是一个数组。通常它是一个字节数组，但是也可以使用其他种类的数组。但是一个缓冲区不 仅仅 是一个数组。缓冲区提供了对数据的结构化访问，而且还可以跟踪系统的读/写进程。

缓冲区类型

最常用的缓冲区类型是 ByteBuffer。一个 ByteBuffer 可以在其底层字节数组上进行 get/set 操作(即字节的获取和设置)。

ByteBuffer 不是 NIO 中唯一的缓冲区类型。事实上，对于每一种基本 Java 类型都有一种缓冲区类型：

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

每一个 Buffer 类都是 Buffer 接口的一个实例。 除了 ByteBuffer，每一个 Buffer 类都有完全一样的操作，只是它们所处理的数据类型不一样。因为大多数标准 I/O 操作都使用 ByteBuffer，所以它具有所有共享的缓冲区操作以及一些特有的操作。

现在您可以花一点时间运行 UseFloatBuffer.java，它包含了类型化的缓冲区的一个应用例子。

什么是通道？

Channel是一个对象，可以通过它读取和写入数据。拿 NIO 与原来的 I/O 做个比较，通道就像是流。

正如前面提到的，所有数据都通过 Buffer 对象来处理。您永远不会将字节直接写入通道中，相反，您是将数据写入包含一个或者多个字节的缓冲区。同样，您不会直接从通道中读取字节，而是将数据从通道读入缓冲区，再从缓冲区获取这个字节。

通道类型

通道与流的不同之处在于通道是双向的。而流只是在一个方向上移动(一个流必须是 InputStream 或者 OutputStream 的子类)， 而 通道 可以用于读、写或者同时用于读写。

因为它们是双向的，所以通道可以比流更好地反映底层操作系统的真实情况。特别是在 UNIX 模型中，底层操作系统通道是双向的。

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从理论到实践：NIO 中的读和写

概述

读和写是 I/O 的基本过程。从一个通道中读取很简单：只需创建一个缓冲区，然后让通道将数据读到这个缓冲区中。写入也相当简单：创建一个缓冲区，用数据填充它，然后让通道用这些数据来执行写入操作。

在本节中，我们将学习有关在 Java 程序中读取和写入数据的一些知识。我们将回顾 NIO 的主要组件(缓冲区、通道和一些相关的方法)，看看它们是如何交互以进行读写的。在接下来的几节中，我们将更详细地分析这其中的每个组件以及其交互。

从文件中读取

在我们第一个练习中，我们将从一个文件中读取一些数据。如果使用原来的 I/O，那么我们只需创建一个 FileInputStream 并从它那里读取。而在 NIO 中，情况稍有不同：我们首先从 FileInputStream 获取一个 Channel 对象，然后使用这个通道来读取数据。

在 NIO 系统中，任何时候执行一个读操作，您都是从通道中读取，但是您不是 直接 从通道读取。因为所有数据最终都驻留在缓冲区中，所以您是从通道读到缓冲区中。

因此读取文件涉及三个步骤：(1) 从 FileInputStream 获取 Channel，(2) 创建 Buffer，(3) 将数据从 Channel 读到 Buffer 中。

现在，让我们看一下这个过程。

三个容易的步骤

第一步是获取通道。我们从 FileInputStream 获取通道：

FileInputStream fin = new FileInputStream( "readandshow.txt" );
FileChannel fc = fin.getChannel();

下一步是创建缓冲区：

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate( 1024 );

最后，需要将数据从通道读到缓冲区中，如下所示：

fc.read( buffer );

您会注意到，我们不需要告诉通道要读 多少数据 到缓冲区中。每一个缓冲区都有复杂的内部统计机制，它会跟踪已经读了多少数据以及还有多少空间可以容纳更多的数据。我们将在 缓冲区内部细节 中介绍更多关于缓冲区统计机制的内容。

写入文件

在 NIO 中写入文件类似于从文件中读取。首先从 FileOutputStream 获取一个通道：

FileOutputStream fout = new FileOutputStream( "writesomebytes.txt" );
FileChannel fc = fout.getChannel();

下一步是创建一个缓冲区并在其中放入一些数据 – 在这里，数据将从一个名为 message 的数组中取出，这个数组包含字符串 “Some bytes” 的 ASCII 字节(本教程后面将会解释 buffer.flip() 和 buffer.put() 调用)。

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate( 1024 );

for (int i=0; i

最后一步是写入缓冲区中：

fc.write( buffer );

注意在这里同样不需要告诉通道要写入多数据。缓冲区的内部统计机制会跟踪它包含多少数据以及还有多少数据要写入。

读写结合

下面我们将看一下在结合读和写时会有什么情况。我们以一个名为 CopyFile.java 的简单程序作为这个练习的基础，它将一个文件的所有内容拷贝到另一个文件中。CopyFile.java 执行三个基本操作：首先创建一个 Buffer，然后从源文件中将数据读到这个缓冲区中，然后将缓冲区写入目标文件。这个程序不断重复 ― 读、写、读、写 ― 直到源文件结束。

CopyFile 程序让您看到我们如何检查操作的状态，以及如何使用 clear() 和 flip() 方法重设缓冲区，并准备缓冲区以便将新读取的数据写到另一个通道中。

运行 CopyFile 例子

因为缓冲区会跟踪它自己的数据，所以 CopyFile 程序的内部循环 (inner loop) 非常简单，如下所示：

fcin.read( buffer );
fcout.write( buffer );

第一行将数据从输入通道 fcin 中读入缓冲区，第二行将这些数据写到输出通道 fcout 。

检查状态

下一步是检查拷贝何时完成。当没有更多的数据时，拷贝就算完成，并且可以在 read() 方法返回 -1 是判断这一点，如下所示：

int r = fcin.read( buffer );

if (r==-1) {
     break;
}

重设缓冲区

最后，在从输入通道读入缓冲区之前，我们调用 clear() 方法。同样，在将缓冲区写入输出通道之前，我们调用 flip() 方法，如下所示：

buffer.clear();
int r = fcin.read( buffer );

if (r==-1) {
     break;
}

buffer.flip();
fcout.write( buffer );

clear() 方法重设缓冲区，使它可以接受读入的数据。 flip() 方法让缓冲区可以将新读入的数据写入另一个通道。

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缓冲区内部细节

概述

本节将介绍 NIO 中两个重要的缓冲区组件：状态变量和访问方法 (accessor)。

状态变量是前一节中提到的"内部统计机制"的关键。每一个读/写操作都会改变缓冲区的状态。通过记录和跟踪这些变化，缓冲区就可能够内部地管理自己的资源。

在从通道读取数据时，数据被放入到缓冲区。在有些情况下，可以将这个缓冲区直接写入另一个通道，但是在一般情况下，您还需要查看数据。这是使用 访问方法 get() 来完成的。同样，如果要将原始数据放入缓冲区中，就要使用访问方法 put()。

在本节中，您将学习关于 NIO 中的状态变量和访问方法的内容。我们将描述每一个组件，并让您有机会看到它的实际应用。虽然 NIO 的内部统计机制初看起来可能很复杂，但是您很快就会看到大部分的实际工作都已经替您完成了。您可能习惯于通过手工编码进行簿记 ― 即使用字节数组和索引变量，现在它已在 NIO 中内部地处理了。

状态变量

可以用三个值指定缓冲区在任意时刻的状态：

  • position
  • limit
  • capacity

这三个变量一起可以跟踪缓冲区的状态和它所包含的数据。我们将在下面的小节中详细分析每一个变量，还要介绍它们如何适应典型的读/写(输入/输出)进程。在这个例子中，我们假定要将数据从一个输入通道拷贝到一个输出通道。

Position

您可以回想一下，缓冲区实际上就是美化了的数组。在从通道读取时，您将所读取的数据放到底层的数组中。 position 变量跟踪已经写了多少数据。更准确地说，它指定了下一个字节将放到数组的哪一个元素中。因此，如果您从通道中读三个字节到缓冲区中，那么缓冲区的 position 将会设置为3，指向数组中第四个元素。

同样，在写入通道时，您是从缓冲区中获取数据。 position 值跟踪从缓冲区中获取了多少数据。更准确地说，它指定下一个字节来自数组的哪一个元素。因此如果从缓冲区写了5个字节到通道中，那么缓冲区的 position 将被设置为5，指向数组的第六个元素。

Limit

limit 变量表明还有多少数据需要取出(在从缓冲区写入通道时)，或者还有多少空间可以放入数据(在从通道读入缓冲区时)。

position 总是小于或者等于 limit。

Capacity

缓冲区的 capacity 表明可以储存在缓冲区中的最大数据容量。实际上，它指定了底层数组的大小 ― 或者至少是指定了准许我们使用的底层数组的容量。

limit 决不能大于 capacity。

观察变量

我们首先观察一个新创建的缓冲区。出于本例子的需要，我们假设这个缓冲区的 总容量 为8个字节。 Buffer 的状态如下所示：

Buffer state

回想一下 ，limit 决不能大于 capacity，此例中这两个值都被设置为 8。我们通过将它们指向数组的尾部之后(如果有第8个槽，则是第8个槽所在的位置)来说明这点。

Array

position 设置为0。如果我们读一些数据到缓冲区中，那么下一个读取的数据就进入 slot 0 。如果我们从缓冲区写一些数据，从缓冲区读取的下一个字节就来自 slot 0 。 position 设置如下所示：

Position setting

由于 capacity 不会改变，所以我们在下面的讨论中可以忽略它。

第一次读取

现在我们可以开始在新创建的缓冲区上进行读/写操作。首先从输入通道中读一些数据到缓冲区中。第一次读取得到三个字节。它们被放到数组中从 position 开始的位置，这时 position 被设置为 0。读完之后，position 就增加到 3，如下所示：

Position increased to 3

limit 没有改变。

第二次读取

在第二次读取时，我们从输入通道读取另外两个字节到缓冲区中。这两个字节储存在由 position 所指定的位置上， position 因而增加 2：

Position increased by 2

limit 没有改变。

flip

现在我们要将数据写到输出通道中。在这之前，我们必须调用 flip() 方法。这个方法做两件非常重要的事：

  1. 它将 limit 设置为当前 position。
  2. 它将 position 设置为 0。

前一小节中的图显示了在 flip 之前缓冲区的情况。下面是在 flip 之后的缓冲区：

Buffer after the flip

我们现在可以将数据从缓冲区写入通道了。 position 被设置为 0，这意味着我们得到的下一个字节是第一个字节。 limit 已被设置为原来的 position，这意味着它包括以前读到的所有字节，并且一个字节也不多。

第一次写入

在第一次写入时，我们从缓冲区中取四个字节并将它们写入输出通道。这使得 position 增加到 4，而 limit 不变，如下所示：

Position advanced to 4, limit unchanged

第二次写入

我们只剩下一个字节可写了。 limit在我们调用 flip() 时被设置为 5，并且 position 不能超过 limit。所以最后一次写入操作从缓冲区取出一个字节并将它写入输出通道。这使得 position 增加到 5，并保持 limit 不变，如下所示：

Position advanced to 5, limit unchanged

clear

最后一步是调用缓冲区的 clear() 方法。这个方法重设缓冲区以便接收更多的字节。 Clear 做两种非常重要的事情：

  1. 它将 limit 设置为与 capacity 相同。
  2. 它设置 position 为 0。

下图显示了在调用 clear() 后缓冲区的状态：

State of the buffer after clear() has been called

缓冲区现在可以接收新的数据了。

访问方法

到目前为止，我们只是使用缓冲区将数据从一个通道转移到另一个通道。然而，程序经常需要直接处理数据。例如，您可能需要将用户数据保存到磁盘。在这种情况下，您必须将这些数据直接放入缓冲区，然后用通道将缓冲区写入磁盘。

或者，您可能想要从磁盘读取用户数据。在这种情况下，您要将数据从通道读到缓冲区中，然后检查缓冲区中的数据。

在本节的最后，我们将详细分析如何使用 ByteBuffer 类的 get() 和 put() 方法直接访问缓冲区中的数据。

get() 方法

ByteBuffer 类中有四个 get() 方法：

  1. byte get();
  2. ByteBuffer get( byte dst[] );
  3. ByteBuffer get( byte dst[], int offset, int length );
  4. byte get( int index );

第一个方法获取单个字节。第二和第三个方法将一组字节读到一个数组中。第四个方法从缓冲区中的特定位置获取字节。那些返回 ByteBuffer 的方法只是返回调用它们的缓冲区的 this 值。

此外，我们认为前三个 get() 方法是相对的，而最后一个方法是绝对的。 相对 意味着 get() 操作服从 limit 和 position 值 ― 更明确地说，字节是从当前 position 读取的，而 position 在 get 之后会增加。另一方面，一个 绝对 方法会忽略 limit 和 position 值，也不会影响它们。事实上，它完全绕过了缓冲区的统计方法。

上面列出的方法对应于 ByteBuffer 类。其他类有等价的 get() 方法，这些方法除了不是处理字节外，其它方面是是完全一样的，它们处理的是与该缓冲区类相适应的类型。

put()方法

ByteBuffer 类中有五个 put() 方法：

  1. ByteBuffer put( byte b );
  2. ByteBuffer put( byte src[] );
  3. ByteBuffer put( byte src[], int offset, int length );
  4. ByteBuffer put( ByteBuffer src );
  5. ByteBuffer put( int index, byte b );

第一个方法 写入（put） 单个字节。第二和第三个方法写入来自一个数组的一组字节。第四个方法将数据从一个给定的源 ByteBuffer 写入这个 ByteBuffer。第五个方法将字节写入缓冲区中特定的 位置 。那些返回 ByteBuffer 的方法只是返回调用它们的缓冲区的 this 值。

与 get() 方法一样，我们将把 put() 方法划分为 相对 或者 绝对 的。前四个方法是相对的，而第五个方法是绝对的。

上面显示的方法对应于 ByteBuffer 类。其他类有等价的 put() 方法，这些方法除了不是处理字节之外，其它方面是完全一样的。它们处理的是与该缓冲区类相适应的类型。

类型化的 get() 和 put() 方法

除了前些小节中描述的 get() 和 put() 方法， ByteBuffer 还有用于读写不同类型的值的其他方法，如下所示：

  • getByte()
  • getChar()
  • getShort()
  • getInt()
  • getLong()
  • getFloat()
  • getDouble()
  • putByte()
  • putChar()
  • putShort()
  • putInt()
  • putLong()
  • putFloat()
  • putDouble()

事实上，这其中的每个方法都有两种类型 ― 一种是相对的，另一种是绝对的。它们对于读取格式化的二进制数据（如图像文件的头部）很有用。

您可以在例子程序 TypesInByteBuffer.java 中看到这些方法的实际应用。

缓冲区的使用：一个内部循环

下面的内部循环概括了使用缓冲区将数据从输入通道拷贝到输出通道的过程。

while (true) {
     buffer.clear();
     int r = fcin.read( buffer );

     if (r==-1) {
       break;
     }

     buffer.flip();
     fcout.write( buffer );
}

read() 和 write() 调用得到了极大的简化，因为许多工作细节都由缓冲区完成了。 clear() 和 flip() 方法用于让缓冲区在读和写之间切换。

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关于缓冲区的更多内容

概述

到目前为止，您已经学习了使用缓冲区进行日常工作所需要掌握的大部分内容。我们的例子没怎么超出标准的读/写过程种类，在原来的 I/O 中可以像在 NIO 中一样容易地实现这样的标准读写过程。

本节将讨论使用缓冲区的一些更复杂的方面，比如缓冲区分配、包装和分片。我们还会讨论 NIO 带给 Java 平台的一些新功能。您将学到如何创建不同类型的缓冲区以达到不同的目的，如可保护数据不被修改的 只读 缓冲区，和直接映射到底层操作系统缓冲区的 直接 缓冲区。我们将在本节的最后介绍如何在 NIO 中创建内存映射文件。

缓冲区分配和包装

在能够读和写之前，必须有一个缓冲区。要创建缓冲区，您必须 分配 它。我们使用静态方法 allocate() 来分配缓冲区：

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate( 1024 );

allocate() 方法分配一个具有指定大小的底层数组，并将它包装到一个缓冲区对象中 ― 在本例中是一个 ByteBuffer。

您还可以将一个现有的数组转换为缓冲区，如下所示：

byte array[] = new byte[1024];
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap( array );

本例使用了 wrap() 方法将一个数组包装为缓冲区。必须非常小心地进行这类操作。一旦完成包装，底层数据就可以通过缓冲区或者直接访问。

缓冲区分片

slice() 方法根据现有的缓冲区创建一种 子缓冲区 。也就是说，它创建一个新的缓冲区，新缓冲区与原来的缓冲区的一部分共享数据。

使用例子可以最好地说明这点。让我们首先创建一个长度为 10 的 ByteBuffer：

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate( 10 );

然后使用数据来填充这个缓冲区，在第 n 个槽中放入数字 n：

for (int i=0; i

现在我们对这个缓冲区 分片 ，以创建一个包含槽 3 到槽 6 的子缓冲区。在某种意义上，子缓冲区就像原来的缓冲区中的一个 窗口 。

窗口的起始和结束位置通过设置 position 和 limit 值来指定，然后调用 Buffer 的 slice() 方法：

buffer.position( 3 );
buffer.limit( 7 );
ByteBuffer slice = buffer.slice();

片 是缓冲区的 子缓冲区 。不过， 片段 和 缓冲区 共享同一个底层数据数组，我们在下一节将会看到这一点。

缓冲区份片和数据共享

我们已经创建了原缓冲区的子缓冲区，并且我们知道缓冲区和子缓冲区共享同一个底层数据数组。让我们看看这意味着什么。

我们遍历子缓冲区，将每一个元素乘以 11 来改变它。例如，5 会变成 55。

for (int i=0; i

最后，再看一下原缓冲区中的内容：

buffer.position( 0 );
buffer.limit( buffer.capacity() );

while (buffer.remaining()>0) {
     System.out.println( buffer.get() );
}

结果表明只有在子缓冲区窗口中的元素被改变了：

$ java SliceBuffer
0
1
2
33
44
55
66
7
8
9

缓冲区片对于促进抽象非常有帮助。可以编写自己的函数处理整个缓冲区，而且如果想要将这个过程应用于子缓冲区上，您只需取主缓冲区的一个片，并将它传递给您的函数。这比编写自己的函数来取额外的参数以指定要对缓冲区的哪一部分进行操作更容易。

只读缓冲区

只读缓冲区非常简单 ― 您可以读取它们，但是不能向它们写入。可以通过调用缓冲区的 asReadOnlyBuffer() 方法，将任何常规缓冲区转换为只读缓冲区，这个方法返回一个与原缓冲区完全相同的缓冲区(并与其共享数据)，只不过它是只读的。

只读缓冲区对于保护数据很有用。在将缓冲区传递给某个对象的方法时，您无法知道这个方法是否会修改缓冲区中的数据。创建一个只读的缓冲区可以 保证 该缓冲区不会被修改。

不能将只读的缓冲区转换为可写的缓冲区。

直接和间接缓冲区

另一种有用的 ByteBuffer 是直接缓冲区。 直接缓冲区 是为加快 I/O 速度，而以一种特殊的方式分配其内存的缓冲区。

实际上，直接缓冲区的准确定义是与实现相关的。Sun 的文档是这样描述直接缓冲区的：

给定一个直接字节缓冲区，Java 虚拟机将尽最大努力直接对它执行本机 I/O 操作。也就是说，它会在每一次调用底层操作系统的本机 I/O 操作之前(或之后)，尝试避免将缓冲区的内容拷贝到一个中间缓冲区中(或者从一个中间缓冲区中拷贝数据)。

您可以在例子程序 FastCopyFile.java 中看到直接缓冲区的实际应用，这个程序是 CopyFile.java 的另一个版本，它使用了直接缓冲区以提高速度。

还可以用内存映射文件创建直接缓冲区。

内存映射文件 I/O

内存映射文件 I/O 是一种读和写文件数据的方法，它可以比常规的基于流或者基于通道的 I/O 快得多。

内存映射文件 I/O 是通过使文件中的数据神奇般地出现为内存数组的内容来完成的。这其初听起来似乎不过就是将整个文件读到内存中，但是事实上并不是这样。一般来说，只有文件中实际读取或者写入的部分才会送入（或者 映射 ）到内存中。

内存映射并不真的神奇或者多么不寻常。现代操作系统一般根据需要将文件的部分映射为内存的部分，从而实现文件系统。Java 内存映射机制不过是在底层操作系统中可以采用这种机制时，提供了对该机制的访问。

尽管创建内存映射文件相当简单，但是向它写入可能是危险的。仅只是改变数组的单个元素这样的简单操作，就可能会直接修改磁盘上的文件。修改数据与将数据保存到磁盘是没有分开的。

将文件映射到内存

了解内存映射的最好方法是使用例子。在下面的例子中，我们要将一个 FileChannel (它的全部或者部分)映射到内存中。为此我们将使用 FileChannel.map() 方法。下面代码行将文件的前 1024 个字节映射到内存中：

MappedByteBuffer mbb = fc.map( FileChannel.MapMode.READ_WRITE,
     0, 1024 );

map() 方法返回一个 MappedByteBuffer，它是 ByteBuffer 的子类。因此，您可以像使用其他任何 ByteBuffer 一样使用新映射的缓冲区，操作系统会在需要时负责执行行映射。

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分散和聚集

概述

分散/聚集 I/O 是使用多个而不是单个缓冲区来保存数据的读写方法。

一个分散的读取就像一个常规通道读取，只不过它是将数据读到一个缓冲区数组中而不是读到单个缓冲区中。同样地，一个聚集写入是向缓冲区数组而不是向单个缓冲区写入数据。

分散/聚集 I/O 对于将数据流划分为单独的部分很有用，这有助于实现复杂的数据格式。

分散/聚集 I/O

通道可以有选择地实现两个新的接口： ScatteringByteChannel 和 GatheringByteChannel。一个 ScatteringByteChannel 是一个具有两个附加读方法的通道：

  • long read( ByteBuffer[] dsts );
  • long read( ByteBuffer[] dsts, int offset, int length );

这些 long read() 方法很像标准的 read 方法，只不过它们不是取单个缓冲区而是取一个缓冲区数组。

在 分散读取 中，通道依次填充每个缓冲区。填满一个缓冲区后，它就开始填充下一个。在某种意义上，缓冲区数组就像一个大缓冲区。

分散/聚集的应用

分散/聚集 I/O 对于将数据划分为几个部分很有用。例如，您可能在编写一个使用消息对象的网络应用程序，每一个消息被划分为固定长度的头部和固定长度的正文。您可以创建一个刚好可以容纳头部的缓冲区和另一个刚好可以容难正文的缓冲区。当您将它们放入一个数组中并使用分散读取来向它们读入消息时，头部和正文将整齐地划分到这两个缓冲区中。

我们从缓冲区所得到的方便性对于缓冲区数组同样有效。因为每一个缓冲区都跟踪自己还可以接受多少数据，所以分散读取会自动找到有空间接受数据的第一个缓冲区。在这个缓冲区填满后，它就会移动到下一个缓冲区。

聚集写入

聚集写入 类似于分散读取，只不过是用来写入。它也有接受缓冲区数组的方法：

  • long write( ByteBuffer[] srcs );
  • long write( ByteBuffer[] srcs, int offset, int length );

聚集写对于把一组单独的缓冲区中组成单个数据流很有用。为了与上面的消息例子保持一致，您可以使用聚集写入来自动将网络消息的各个部分组装为单个数据流，以便跨越网络传输消息。

从例子程序 UseScatterGather.java 中可以看到分散读取和聚集写入的实际应用。

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文件锁定

概述

文件锁定初看起来可能让人迷惑。它 似乎 指的是防止程序或者用户访问特定文件。事实上，文件锁就像常规的 Java 对象锁 ― 它们是 劝告式的（advisory） 锁。它们不阻止任何形式的数据访问，相反，它们通过锁的共享和获取赖允许系统的不同部分相互协调。

您可以锁定整个文件或者文件的一部分。如果您获取一个排它锁，那么其他人就不能获得同一个文件或者文件的一部分上的锁。如果您获得一个共享锁，那么其他人可以获得同一个文件或者文件一部分上的共享锁，但是不能获得排它锁。文件锁定并不总是出于保护数据的目的。例如，您可能临时锁定一个文件以保证特定的写操作成为原子的，而不会有其他程序的干扰。

大多数操作系统提供了文件系统锁，但是它们并不都是采用同样的方式。有些实现提供了共享锁，而另一些仅提供了排它锁。事实上，有些实现使得文件的锁定部分不可访问，尽管大多数实现不是这样的。

在本节中，您将学习如何在 NIO 中执行简单的文件锁过程，我们还将探讨一些保证被锁定的文件尽可能可移植的方法。

锁定文件

要获取文件的一部分上的锁，您要调用一个打开的 FileChannel 上的 lock() 方法。注意，如果要获取一个排它锁，您必须以写方式打开文件。

RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile( "usefilelocks.txt", "rw" );
FileChannel fc = raf.getChannel();
FileLock lock = fc.lock( start, end, false );

在拥有锁之后，您可以执行需要的任何敏感操作，然后再释放锁：

lock.release();

在释放锁后，尝试获得锁的其他任何程序都有机会获得它。

本小节的例子程序 UseFileLocks.java 必须与它自己并行运行。这个程序获取一个文件上的锁，持有三秒钟，然后释放它。如果同时运行这个程序的多个实例，您会看到每个实例依次获得锁。

文件锁定和可移植性

文件锁定可能是一个复杂的操作，特别是考虑到不同的操作系统是以不同的方式实现锁这一事实。下面的指导原则将帮助您尽可能保持代码的可移植性：

  • 只使用排它锁。
  • 将所有的锁视为劝告式的（advisory）。

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连网和异步 I/O

概述

连网是学习异步 I/O 的很好基础，而异步 I/O 对于在 Java 语言中执行任何输入/输出过程的人来说，无疑都是必须具备的知识。NIO 中的连网与 NIO 中的其他任何操作没有什么不同 ― 它依赖通道和缓冲区，而您通常使用 InputStream 和 OutputStream 来获得通道。

本节首先介绍异步 I/O 的基础 ― 它是什么以及它不是什么，然后转向更实用的、程序性的例子。

异步 I/O

异步 I/O 是一种 没有阻塞地 读写数据的方法。通常，在代码进行 read() 调用时，代码会阻塞直至有可供读取的数据。同样， write() 调用将会阻塞直至数据能够写入。

另一方面，异步 I/O 调用不会阻塞。相反，您将注册对特定 I/O 事件的兴趣 ― 可读的数据的到达、新的套接字连接，等等，而在发生这样的事件时，系统将会告诉您。

异步 I/O 的一个优势在于，它允许您同时根据大量的输入和输出执行 I/O。同步程序常常要求助于轮询，或者创建许许多多的线程以处理大量的连接。使用异步 I/O，您可以监听任何数量的通道上的事件，不用轮询，也不用额外的线程。

我们将通过研究一个名为 MultiPortEcho.java 的例子程序来查看异步 I/O 的实际应用。这个程序就像传统的 echo server，它接受网络连接并向它们回响它们可能发送的数据。不过它有一个附加的特性，就是它能同时监听多个端口，并处理来自所有这些端口的连接。并且它只在单个线程中完成所有这些工作。

Selectors

本节的阐述对应于 MultiPortEcho 的源代码中的 go() 方法的实现，因此应该看一下源代码，以便对所发生的事情有个更全面的了解。

异步 I/O 中的核心对象名为 Selector。Selector 就是您注册对各种 I/O 事件的兴趣的地方，而且当那些事件发生时，就是这个对象告诉您所发生的事件。

所以，我们需要做的第一件事就是创建一个 Selector：

Selector selector = Selector.open();

然后，我们将对不同的通道对象调用 register() 方法，以便注册我们对这些对象中发生的 I/O 事件的兴趣。register() 的第一个参数总是这个 Selector。

打开一个 ServerSocketChannel

为了接收连接，我们需要一个 ServerSocketChannel。事实上，我们要监听的每一个端口都需要有一个 ServerSocketChannel 。对于每一个端口，我们打开一个 ServerSocketChannel，如下所示：

ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
ssc.configureBlocking( false );

ServerSocket ss = ssc.socket();
InetSocketAddress address = new InetSocketAddress( ports[i] );
ss.bind( address );

第一行创建一个新的 ServerSocketChannel ，最后三行将它绑定到给定的端口。第二行将 ServerSocketChannel 设置为 非阻塞的 。我们必须对每一个要使用的套接字通道调用这个方法，否则异步 I/O 就不能工作。

选择键

下一步是将新打开的 ServerSocketChannels 注册到 Selector上。为此我们使用 ServerSocketChannel.register() 方法，如下所示：

SelectionKey key = ssc.register( selector, SelectionKey.OP_ACCEPT );

register() 的第一个参数总是这个 Selector。第二个参数是 OP_ACCEPT，这里它指定我们想要监听 accept 事件，也就是在新的连接建立时所发生的事件。这是适用于 ServerSocketChannel 的唯一事件类型。

请注意对 register() 的调用的返回值。 SelectionKey 代表这个通道在此 Selector 上的这个注册。当某个 Selector 通知您某个传入事件时，它是通过提供对应于该事件的 SelectionKey 来进行的。SelectionKey 还可以用于取消通道的注册。

内部循环

现在已经注册了我们对一些 I/O 事件的兴趣，下面将进入主循环。使用 Selectors 的几乎每个程序都像下面这样使用内部循环：

int num = selector.select();

Set selectedKeys = selector.selectedKeys();
Iterator it = selectedKeys.iterator();

while (it.hasNext()) {
     SelectionKey key = (SelectionKey)it.next();
     // ... deal with I/O event ...
}

首先，我们调用 Selector 的 select() 方法。这个方法会阻塞，直到至少有一个已注册的事件发生。当一个或者更多的事件发生时， select() 方法将返回所发生的事件的数量。

接下来，我们调用 Selector 的 selectedKeys() 方法，它返回发生了事件的 SelectionKey 对象的一个 集合 。

我们通过迭代 SelectionKeys 并依次处理每个 SelectionKey 来处理事件。对于每一个 SelectionKey，您必须确定发生的是什么 I/O 事件，以及这个事件影响哪些 I/O 对象。

监听新连接

程序执行到这里，我们仅注册了 ServerSocketChannel，并且仅注册它们“接收”事件。为确认这一点，我们对 SelectionKey 调用 readyOps() 方法，并检查发生了什么类型的事件：

if ((key.readyOps() & SelectionKey.OP_ACCEPT)
     == SelectionKey.OP_ACCEPT) {

     // Accept the new connection
     // ...
}

可以肯定地说， readOps() 方法告诉我们该事件是新的连接。

接受新的连接

因为我们知道这个服务器套接字上有一个传入连接在等待，所以可以安全地接受它；也就是说，不用担心 accept() 操作会阻塞：

ServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel)key.channel();
SocketChannel sc = ssc.accept();

下一步是将新连接的 SocketChannel 配置为非阻塞的。而且由于接受这个连接的目的是为了读取来自套接字的数据，所以我们还必须将 SocketChannel 注册到 Selector上，如下所示：

sc.configureBlocking( false );
SelectionKey newKey = sc.register( selector, SelectionKey.OP_READ );

注意我们使用 register() 的 OP_READ 参数，将 SocketChannel 注册用于 读取 而不是 接受 新连接。

删除处理过的 SelectionKey

在处理 SelectionKey 之后，我们几乎可以返回主循环了。但是我们必须首先将处理过的 SelectionKey 从选定的键集合中删除。如果我们没有删除处理过的键，那么它仍然会在主集合中以一个激活的键出现，这会导致我们尝试再次处理它。我们调用迭代器的 remove() 方法来删除处理过的 SelectionKey：

it.remove();

现在我们可以返回主循环并接受从一个套接字中传入的数据(或者一个传入的 I/O 事件)了。

传入的 I/O

当来自一个套接字的数据到达时，它会触发一个 I/O 事件。这会导致在主循环中调用 Selector.select()，并返回一个或者多个 I/O 事件。这一次， SelectionKey 将被标记为 OP_READ 事件，如下所示：

} else if ((key.readyOps() & SelectionKey.OP_READ)
     == SelectionKey.OP_READ) {
     // Read the data
     SocketChannel sc = (SocketChannel)key.channel();
     // ...
}

与以前一样，我们取得发生 I/O 事件的通道并处理它。在本例中，由于这是一个 echo server，我们只希望从套接字中读取数据并马上将它发送回去。关于这个过程的细节，请参见 参考资料 中的源代码 (MultiPortEcho.java)。

回到主循环

每次返回主循环，我们都要调用 select 的 Selector()方法，并取得一组 SelectionKey。每个键代表一个 I/O 事件。我们处理事件，从选定的键集中删除 SelectionKey，然后返回主循环的顶部。

这个程序有点过于简单，因为它的目的只是展示异步 I/O 所涉及的技术。在现实的应用程序中，您需要通过将通道从 Selector 中删除来处理关闭的通道。而且您可能要使用多个线程。这个程序可以仅使用一个线程，因为它只是一个演示，但是在现实场景中，创建一个线程池来负责 I/O 事件处理中的耗时部分会更有意义。

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字符集

概述

根据 Sun 的文档，一个 Charset 是“十六位 Unicode 字符序列与字节序列之间的一个命名的映射”。实际上，一个 Charset 允许您以尽可能最具可移植性的方式读写字符序列。

Java 语言被定义为基于 Unicode。然而在实际上，许多人编写代码时都假设一个字符在磁盘上或者在网络流中用一个字节表示。这种假设在许多情况下成立，但是并不是在所有情况下都成立，而且随着计算机变得对 Unicode 越来越友好，这个假设就日益变得不能成立了。

在本节中，我们将看一下如何使用 Charsets 以适合现代文本格式的方式处理文本数据。这里将使用的示例程序相当简单，不过，它触及了使用 Charset 的所有关键方面：为给定的字符编码创建 Charset，以及使用该 Charset 解码和编码文本数据。

编码/解码

要读和写文本，我们要分别使用 CharsetDecoder 和 CharsetEncoder。将它们称为 编码器 和 解码器 是有道理的。一个 字符 不再表示一个特定的位模式，而是表示字符系统中的一个实体。因此，由某个实际的位模式表示的字符必须以某种特定的 编码 来表示。

CharsetDecoder 用于将逐位表示的一串字符转换为具体的 char 值。同样，一个 CharsetEncoder 用于将字符转换回位。

在下一个小节中，我们将考察一个使用这些对象来读写数据的程序。

处理文本的正确方式

现在我们将分析这个例子程序 UseCharsets.java。这个程序非常简单 ― 它从一个文件中读取一些文本，并将该文本写入另一个文件。但是它把该数据当作文本数据，并使用 CharBuffer 来将该数句读入一个 CharsetDecoder 中。同样，它使用 CharsetEncoder 来写回该数据。

我们将假设字符以 ISO-8859-1(Latin1) 字符集（这是 ASCII 的标准扩展）的形式储存在磁盘上。尽管我们必须为使用 Unicode 做好准备，但是也必须认识到不同的文件是以不同的格式储存的，而 ASCII 无疑是非常普遍的一种格式。事实上，每种 Java 实现都要求对以下字符编码提供完全的支持：

  • US-ASCII
  • ISO-8859-1
  • UTF-8
  • UTF-16BE
  • UTF-16LE
  • UTF-16

示例程序

在打开相应的文件、将输入数据读入名为 inputData 的 ByteBuffer 之后，我们的程序必须创建 ISO-8859-1 (Latin1) 字符集的一个实例：

Charset latin1 = Charset.forName( "ISO-8859-1" );

然后，创建一个解码器（用于读取）和一个编码器 （用于写入）：

CharsetDecoder decoder = latin1.newDecoder();
CharsetEncoder encoder = latin1.newEncoder();

为了将字节数据解码为一组字符，我们把 ByteBuffer 传递给 CharsetDecoder，结果得到一个 CharBuffer：

CharBuffer cb = decoder.decode( inputData );

如果想要处理字符，我们可以在程序的此处进行。但是我们只想无改变地将它写回，所以没有什么要做的。

要写回数据，我们必须使用 CharsetEncoder 将它转换回字节：

ByteBuffer outputData = encoder.encode( cb );

在转换完成之后，我们就可以将数据写到文件中了。

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结束语和参考资料

结束语

正如您所看到的， NIO 库有大量的特性。在一些新特性（例如文件锁定和字符集）提供新功能的同时，许多特性在优化方面也非常优秀。

在基础层次上，通道和缓冲区可以做的事情几乎都可以用原来的面向流的类来完成。但是通道和缓冲区允许以 快得多 的方式完成这些相同的旧操作 ― 事实上接近系统所允许的最大速度。

不过 NIO 最强大的长度之一在于，它提供了一种在 Java 语言中执行进行输入/输出的新的（也是迫切需要的）结构化方式。随诸如缓冲区、通道和异步 I/O 这些概念性（且可实现的）实体而来的，是我们重新思考 Java 程序中的 I/O过程的机会。这样，NIO 甚至为我们最熟悉的 I/O 过程也带来了新的活力，同时赋予我们通过和以前不同并且更好的方式执行它们的机会。

参考资料

  • 下载 本教程中的例子的完整源代码。
  • 关于安装和配置 JDK 1.4 的更多信息，请参见 SDK 文档 。
  • Sun's guide to the new I/O APIs 提供了对 NIO 的全面介绍，包括一些本教程没有涵盖的细节内容。
  • 在线 API 规范 描述了 NIO 的类和方法，该规范使用的是您了解并喜欢的 autodoc 格式。
  • JSR 51 是 Java Community Process 文档，它最先规定了 NIO 的新特性。事实上，JDK 1.4 中实现的 NIO 是该文档描述的特性的一个子集。
  • 想获得关于流 I/O(包括问题、解决方案和 NIO 的介绍)的全面介绍吗？再没有比 Merlin Hughes 的"Turning streams inside out " (developerWorks，2002年7月)更好的了。
  • 当然，还可以学习教程"Introduction to Java I/O" (developerWorks，2000年4月)，它讨论了 JDK 1.4 之前的 Java I/O 的所有基础。
  • John Zukowski 在其 Merlin 的魔力 专栏中撰写了一些关于 NIO 的优秀文章：
  • 通过 Kalagnanam 和 Balu G 的 "" Merlin brings nonblocking I/O to the Java platform " (developerWorks，2002年3月)进一步了解 NIO。
  • Greg Travis 在他的 "JDK 1.4 Tutorial” (Manning 出版社，2002年3月)一书中仔细研究了 NIO。
  • 您可以在 developerWorks Java 技术专区 找到数百篇关于 Java 编程的各个方面的文章。

from:https://www.ibm.com/developerworks/cn/education/java/j-nio/j-nio.html

在500强花了10年，学到的5个表达套路

Life, ,

大概十年前，我在500强做团队主管时，正好遇到分公司新任一把手下来调研。这对我们这种屌丝可是件大事。

座谈会上，领导让我们随意谈谈工作中遇到的问题。

我当时年轻气盛，想在领导面前留下一个好印象，便慷慨激昂的讲了5分钟。

讲完后领导和蔼的说：“你这段话激情有余，但逻辑不足，一开始说后线部门服务效率不高，但你举的例子又是说人家态度不好……”

当时我就知道演砸了，这对自认为口才不错的我是个打击，要知道我可看了不少演讲的视频啊。

甚至还意淫着有机会在万众瞩目之下飚上几句：“I have a dream today！”

可后来明白演讲和商务表达完全是两码事。

前者抒情为主，目的是挑起听众的G点。

后者逻辑为基，目的是让对方接受你的观点。

于是我就下决心一定要提高自己的商务表达能力。

这10年，看过不少这方面的书，也上过不少的课程，根据实践总结出最实用的5种套路，干货为大家奉上。

一、总分总基本结构

这是最基本的一个套路，想提升自己的表达能力，就先从这个开始吧。

结论：把你想表达的内容浓缩成一句话，当成结论放在第一句，这样别人就知道你的主题是什么。

要点：也就是支撑你结论的案例、数据或者理论，“要点”必须客观公正，切勿主观评述，否则它会变成你的另一个结论。

总结：也就是把你的结论再次强调一下，当然你可以换种说法，以增加说服力。

例如用这个方法来说写作的重要性：

结论：写作对人的心智成长很有帮助。

要点：写作会倒逼你阅读。

写作会让你思路清晰。

写作会让你留意身边的小事。

总结：写作不仅仅是作家的事，更是每个年轻人都应该掌握的一项技能。

二、SCQA故事框架套路

SCQA故事框架用于时间不是特别紧迫的情况下，如果你有机会娓娓道来，运用这个模型，效果非常好。

因为，听故事是一个人最容易接受的一种形式，它的优点在于制造悬念，然后给出答案。

情景：将你所要表达事件的背景说明一下。

冲突：在这个背景下产生了哪些矛盾？

疑问：这个矛盾要如何解决？

回答：最后给出答案。

有时我会在一些不太正式的沙龙里用这一招做开场白，例如：

情景：在我年轻时，认识了一个非常漂亮的女孩。

冲突：她竟然愿意为我献出她的生命！

疑问：她强忍泪水，又坚定无比的对我说，

答案：“你再缠着我，我就去死！”

SCQA故事框架不但适用于口语表达，在写邮件时也可以作为一个框架来运用。

比如，你想请其他部门的同事帮忙，就可以先简单说一下背景，再说一下你面临的困难，如何解决呢？需要对方如此这般……

用这种办法，别人答应的概率会大大提升，要知道，人是一种因果动物，你说了因，别人才好给你果。

三、钩子表达套路

你有没有遇到这种情况，在一个场合下，突然让你有条理的表达一些观点，而此时，你完全没有准备。

如果你学会钩子法则，就能轻松应对了。

之所以叫“钩子”，是因为人的思路一般是比较混乱，每一个钩子就如同一个话题的支撑，钩住你想表达的内容，不至于散乱。

介绍四种钩子给大家，分别为时间钩、关联钩、天秤钩和调焦钩

一般情况下，每一个钩子法则下都有三个小钩子，也就是三个小主题。

为什么是三个？因为“三”是一个很神奇的数字，既不冗长，也不单薄。

时间钩：

常见的钩子有“过去、现在、未来”、“去年、今年、明年”、“短期、中期、长期”

时间钩上手极其简单，而且应用极广。

比如你向领导汇报工作计划，就可以说现在需要做什么，三个月内准备做什么，年底前要做什么。

或者当你在没有准备的情况下讲一段话，你可以说放眼过去怎样怎样，立足现在怎样怎样，放眼未来怎样怎样。

关联钩：

指与你表达的主题能关联起来的事物，把TA们形成三个钩子来表述。

这类钩子海了去了，比如：“公司、员工、客户”、“老师、学生、家长”……

以上钩子与钩子之间属同一纬度，会显得很工整。但即使纬度不同，如果应景也同样精彩。

比如，在公司晚会上中了个大奖，主持人让你发表获奖感言时，你可以说：

以前抽奖箱总不出我号码，主持人总不念我名字，奖品总不跟我回家，今天你们统统要失望了……

天秤钩：

如同它的名字。是让你描述两个极端观点后，表达你的中性观点。

这种表达手法非常高超，使自己观点符合上帝视角，极其容易获得对方的认可。

常见的钩子有：“一方面来看，反过来看，平心而论”、“太过、不及、刚好”

天秤钩也是我最喜欢的套路，它可以反逼你采取一种客观角度来看待事物。

例如我对咪蒙的评价：

有人说她勇于表达自我，而且文笔出众，可奉为新媒体女神；

另一些人说她泯灭良知，唯利是图，必须封杀；

我却觉得如果不触及道德和法制的底限，咪蒙确实是一个能把握受众心理的好笔者。

调焦钩：

如同单反相机的镜头，可拉近或拉远。你的观点表达也可以根据需要放大或缩小。

经常用的钩子有：“个人、公司、行业”、“广东、中国、亚洲”、“战斗、战役、战争”

将你的观点拉近还是拉远，则要看你希望将受众带向哪个方向，如果设置得当，会非常吸引人。

例如，有朋友问我如何提高把妹的成功率？

拉远方式的表达：

具体地讲，你要先杜绝一些例如在别人面前打嗝、不良坐姿等小毛病。

这代表着，你的日常习惯非常糟糕。

如果上升一个高度，你会被认为缺乏教养和没有品味。

拉近方式的表达：

总的来讲，想把妹成功，你必须拥有一种共情能力。

但是，共情能力必须通过实施一些招术来慢慢积累。

具体这些招术，你可以看看我的文章《撩妹五式》

四、电梯演说套路

“电梯演说”在很多大型的咨询公司非常盛行，已然成为所有人的必修课。

他们认为：再复杂的一个项目，如果不能在1分钟说清楚，都说明表达能力欠缺。

这个套路的本意就是：即使与别人在电梯间的短暂相遇，你也能清楚准确的表达观点。

“电梯演说”在向大领导或者重要客户阐述时非常有效，因为他们时间有限，且还想听到层层到肉的逻辑表述。

共识问题：这是一个铺垫，为了引出你下面的观点，且记这个问题一定是大家都已经认可，不存在争议的问题，否则很容易在根上就被否定掉。

核心观点：这一步非常重要。

首先，它是共识问题下面的一个分支；

其次，剩下的步骤都是为了证明这个观点；

最后，你的解决办法也是要应对这个观点。

证明观点：用一句话说明怎么得出的核心观点。

量化支持：一定要用数据支持你的观点，这样才容易让人信服，要知道你面对的可不是一般的屌丝。

解决办法：如果前面几步做的很好，这一步就顺理成章了。

如果我想说我这篇干货文很值得一读，我可以这样用“电梯演说”：

共识问题：在职场上沟通表达是一项非常重要的技能。（不会有争议）

核心观点：沟通表达能力强的人，会更容易获得晋升机会。（提出我的观点）

证明观点：良好的沟通表达会增强你的社交能力。（证明我的观点）

量化支持：具有较好的社交能力的管理者比其他人晋升的机会高出2.7倍。（卢桑斯的一项调研）

解决办法：好好看看我这篇文章吧，能提高你的沟通表达水平。

电梯演说套路比上面几个都复杂，也是需要你提前做些准备的，但从展示效果来看，无疑是最强的。

五、RIDE说服套路

如果对方已经有了决定，想改变就不是一件容易的事了。此时RIDE说服模型就可以派上用场。

关键是，在说服过程也要按“风险、利益、差异、影响”这样的顺序。

R风险：开头先说不采纳你方案会带来什么风险。因为同样的价值，人在失去时比获得时更为敏感，所以把损失风险先摆出来。

I利益：由于之前说了风险，降低了对方心理阈值，这时再说接受你的方案可以得到的利益，让对方产生一面天堂一面地狱感觉。

D差异：人都喜欢比较特别的东西。说完风险和利益，再说你的方案与众不同之处，让人眼前一亮，感性得到升华。

E影响：最后要谈一下你方案的负面效应。

所有的东西都会有瑕疵，你如果说的太完美反而会让对方多疑，这时你需要说一条方案的缺点，让理性为你加持。

不过一定要让对方知道，这个负面影响是有限的，付出的代价也是微乎其微的。

案例：

我是专业做B2B销售培训的，而且主要是针对保险和银行业，我一般会这样说服我的客户。

风险：选择培训师，一定要选择条线和行业都对口的。

否则不仅仅支付了高昂的培训费，更重要的是那么多的员工白白浪费了2-3天，本来这个时间可以创造更多价值的。

利益：我的课程不但教会学员一整套的B2B销售方法论，还有很多技巧和工具，课后马上能用，可立即提高销售产出。

差异：和市面上的培训师比，我在平安从业16年，课程内容都是来源于实践。

影响：我的一个缺点就是讲课时太专注，有时会拖堂。

以上五个套路：总分总、SCQA故事框架、钩子表达、电梯演说、RIDE说服都交给各位了，关键是要灵活运用、不断练习才能成为真正的表达高手！

也许有些人会反感套路，我以前也这样，总觉得有点矫作淫巧。

但是，套路最大的一个好处是保证你的表达不会有太大纰漏。

与此同时，按套路行动还可以倒逼你按正确的方法思考。

这也是行为心理学最大的一个贡献，它告诉我们：

“不仅仅思考可以左右行动，行动也可以触发思考”。

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