Java IO演进：从传统IO到NIO与NIO.2

1. 引言

本文将梳理Java IO功能在不同版本中的演进历程。首先介绍初始Java版本中的java.io包，接着分析Java 1.4引入的java.nio包，最后探讨Java 1.7新增的java.nio.file包（即NIO.2）。

2. Java NIO包

首个Java版本通过java.io包提供了File类访问文件系统。**File类用于表示文件和目录，但仅提供有限的文件系统操作**，如创建/删除文件、检查存在性、读写权限验证等。

但该设计存在明显缺陷：

缺少拷贝方法——需手动创建两个File实例，通过缓冲区读写实现文件拷贝
错误处理不友好——部分方法用boolean返回操作结果，而非异常机制
文件属性支持有限——仅能获取名称、路径、读写权限、大小等基础属性
阻塞式API——线程会因IO操作被完全阻塞

使用传统IO读取文件的示例：

@Test
public void readFromFileUsingFileIO() throws Exception {
    File file = new File("src/test/resources/nio-vs-nio2.txt");
    FileInputStream in = new FileInputStream(file);
    StringBuilder content = new StringBuilder();
    int data = in.read();
    while (data != -1) {
        content.append((char) data);
        data = in.read();
    }
    in.close();
    assertThat(content.toString()).isEqualTo("Hello from file!");
}

为解决上述问题，Java 1.4引入了java.nio包（New IO）。NIO的核心改进包含三个组件：Channel、Buffer和Selector。

2.1. Channel

Java NIO Channel是用于读写缓冲区的双向通道。与传统IO流（单向）相比，它具有显著差异：

支持双向数据传输
可实现异步读写

主要实现类包括：

FileChannel：文件系统读写
DatagramChannel：UDP网络通信
SocketChannel：TCP网络通信

2.2. Buffer

Buffer本质是内存块的数据容器，提供了操作内存块的实用方法。理解其三个核心属性是关键：

Capacity（容量）：内存块固定大小，写满后需清空或读取
Position（位置）：写操作的起始索引（初始0），读操作时作为读取起点
Limit（界限）：控制读写范围

Buffer类型覆盖所有Java基本类型（除Boolean外），包括MappedByteBuffer等特殊实现。

常用方法速览：

allocate(int size)：创建指定大小的缓冲区
flip()：切换写模式到读模式
clear()：清空整个缓冲区
compact()：仅清除已读部分
rewind()：重置position为0（支持重复读取）

使用Channel和Buffer读取文件的示例：

@Test
public void readFromFileUsingFileChannel() throws Exception {
    RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("src/test/resources/nio-vs-nio2.txt", "r");
    FileChannel channel = file.getChannel();
    StringBuilder content = new StringBuilder();
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(256);
    int bytesRead = channel.read(buffer);
    while (bytesRead != -1) {
        buffer.flip();
        while (buffer.hasRemaining()) {
            content.append((char) buffer.get());
        }
        buffer.clear();
        bytesRead = channel.read(buffer);
    }
    file.close();
    assertThat(content.toString()).isEqualTo("Hello from file!");
}

2.3. Selector

Java NIO Selector支持单线程管理多个通道。使用要点：

通道必须处于非阻塞模式
通过register()注册通道，返回SelectionKey对象
select()检测就绪通道数量
selectedKeys()获取所有就绪通道

2.4. NIO包的局限性

尽管NIO解决了阻塞问题，但仍存在明显短板：

符号链接支持薄弱
文件属性访问能力有限
缺乏高级文件系统管理工具

3. Java NIO.2包

Java 1.7推出的java.nio.file包（即NIO.2）引入了重大改进：

异步IO支持（NIO包缺失的能力）
高级文件操作：通过Files、Path、Paths类实现
底层增强：新增AsynchronousFileChannel等组件

Path对象表示由分隔符连接的目录和文件层次结构，提供：

路径解析方法（如getFileName()、getParent()）
路径构造工具（resolve()、relativize()）

Files类提供基于Path的高阶文件操作：

文件/目录/符号链接管理
通过readAttributes()读取文件属性

使用NIO.2读取文件的简单粗暴实现：

@Test
public void readFromFileUsingNIO2() throws Exception {
    List<String> strings = Files.readAllLines(Paths.get("src/test/resources/nio-vs-nio2.txt"));
    assertThat(strings.get(0)).isEqualTo("Hello from file!");
}

4. 总结

本文梳理了java.nio与java.nio.file包的核心差异：

NIO包：提供低级非阻塞IO能力（Channel/Buffer/Selector）
NIO.2包：专注于高级文件系统操作（Files/Path）和异步IO

两者并非替代关系，而是互补设计。实际开发中常结合使用：NIO处理网络通信，NIO.2处理文件操作。所有示例代码可在GitHub仓库获取。

Persistence

REST

Security