How does Java use NIO to optimize IO to implement file upload and download functions?

1 NIO的一些基础预备知识

Java中IO流类的体系中BIO与NIO：https://blog.csdn.net/ZGL_cyy/article/details/104326458
Java IO体系与NIO和BIO体系面试题 ：https://blog.csdn.net/ZGL_cyy/article/details/122836368
为什么使用NIO：因为传统IO文件传输速率低，所以选择了NIO进行文件的下载操作。NIO还有一个好处就是其中零拷贝可以实现减少内存中数据的重复，减少CPU操作的效果。所以相对于传统IO，NIO有着效率高点的优势。

2 NIO为何较传统的io速度较快

就拿单个io过程来看，首先时间主要花在了用户态和内核态的转换上，其次，考虑将多个io的“合并”为一个io，这不就节省时间了吗

相应的NIO主要做了两方面的提升

1.避免了用户态和内核态的交换，直接操作内存，用户态和内核态的转换是很费时的，传统的io写入磁盘时，用户态的接口不能直接操作内存，而是通过操作系统调用内核态接口来进行io。

2.利用buffer减少io的次数，buffer化零为整”的写入方式因为大大减小了寻址/写入次数，所以就降低了硬盘的负荷。

3.IO 是基于流来读取的，而NIO则是基于块读取，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。

4.非阻塞IO 和 异步IO的支持， 减少线程占有的栈空间，以及上下文切换

5.IO 多路复用的支持

6.Buffer 支持，所有读写操作都是基于 缓冲 来实现

7.NIO 支持 Direct Memory, 可以减少一次数据拷贝

8.Netty　零拷贝的支持

3 NIO实战上传下载

3.1 url下载文件

java NIO包提供了无缓冲情况下在两个通道之间直接传输字节的可能。

为了读来自URL的文件，需从URL流创建ReadableByteChannel ：

ReadableByteChannel readableByteChannel = Channels.newChannel(url.openStream());

从ReadableByteChannel 读取字节将被传输至FileChannel:

FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(FILE_NAME);
FileChannel fileChannel = fileOutputStream.getChannel();

然后使用transferFrom方法，从ReadableByteChannel 类下载来自URL的字节传输到FileChannel：

fileOutputStream.getChannel().transferFrom(readableByteChannel, 0, Long.MAX_VALUE);

transferTo() 和 transferFrom() 方法比简单使用缓存从流中读更有效。依据不同的底层操作系统，数据可以直接从文件系统缓存传输到我们的文件，而不必将任何字节复制到应用程序内存中。

在Linux和UNIX系统上，这些方法使用零拷贝技术，减少了内核模式和用户模式之间的上下文切换次数。

工具类：

/**NIO文件下载工具类
 * @author olalu
 */
public class NioDownloadUtils {

    /**
     * @description:
     * @param file: 要下在文件
     * @return: void
     */
    public static void downloadDoc(File file,HttpServletResponse response) throws IOException {
        OutputStream outputStream = response.getOutputStream();
        String contentType = Files.probeContentType(Paths.get(file.getAbsolutePath()));
        //设置响应头
        response.setHeader("Content-Type", contentType);
        response.setHeader("Content-Disposition", "attachment;filename="+ new String(file.getName().getBytes("utf-8"),"ISO8859-1"));
        response.setContentLength((int) file.length());
        //获取文件输入流
        FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(file);
        //获取输出流通道
        WritableByteChannel writableByteChannel = Channels.newChannel(outputStream);
        FileChannel fileChannel = fileInputStream.getChannel();
        //采用零拷贝的方式实现文件的下载
        fileChannel.transferTo(0,fileChannel.size(),writableByteChannel);
        //关闭对应的资源
        fileChannel.close();
        outputStream.flush();
        writableByteChannel.close();
    }

    public static void downloadDoc(String path,HttpServletResponse response) throws IOException {
        File file = new File(path);
        if (!file.exists()){
            throw new RuntimeException("文件不存在");
        }
        downloadDoc(file,response);
    }

}

3.2 通过NIO上传文件

/**
     * 文件上传方法
     */
    public static Result uploading(MultipartFile file) {
        //获取文件名
        String realName = file.getOriginalFilename();
        String newName = null;
        if(realName != null && realName != ""){
            //获取文件后缀
            String suffixName = realName.substring(realName.lastIndexOf("."));
            //生成新名字
            newName = UUID.randomUUID().toString().replaceAll("-", "")+suffixName;
        }else {
            return Result.fail("文件名不可为空");
        }
        //创建流
        FileInputStream fis = null;
        FileOutputStream fos = null;
        //创建通道
        FileChannel inChannel = null;
        FileChannel outChannel = null;
        try {
            fis = (FileInputStream)file.getInputStream();
            //开始上传
            fos = new FileOutputStream(UPLOAD_URL+"\\"+newName);
            //通道间传输
            inChannel = fis.getChannel();
            outChannel = fos.getChannel();
            //上传
            inChannel.transferTo(0,inChannel.size(),outChannel);

        }catch (IOException e){
            return Result.fail("文件上传路径错误");
        }finally {
            //关闭资源
            try {
                if (fis != null) {
                    fis.close();
                }
                if (fos != null) {
                    fos.close();
                }
                if (inChannel != null) {
                    inChannel.close();
                }
                if (outChannel != null) {
                    outChannel.close();
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        return Result.ok(newName);

    }

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