Java NIO 與 NIO.2 核心功能實戰：檔案監聽、Selector、通道、記憶體映射、字元編碼

前言

Java NIO (New I/O) 自 JDK 1.4 引入，NIO.2 (JDK 7) 進一步強化。本文精選五大實用功能，附完整程式碼與操作說明。

1. 檔案變更通知

取代傳統輪詢，使用 WatchService 即時偵測目錄建立、刪除、修改事件。

import java.nio.file.*;
import static java.nio.file.StandardWatchEventKinds.*;

public class DirWatcher {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Path dir = Paths.get(".");
        WatchService watcher = dir.getFileSystem().newWatchService();
        dir.register(watcher, ENTRY_CREATE, ENTRY_DELETE, ENTRY_MODIFY);

        System.out.println("正在監聽當前目錄...");
        WatchKey key = watcher.take(); // 阻塞直到有事件
        for (WatchEvent ev : key.pollEvents()) {
            System.out.println("偵測到：" + ev.kind() + " -> " + ev.context());
        }
    }
}

2. Selector 與非阻塞多工

單執行緒同時處理多個 Socket 通道，適合高併發網路伺服器。

// 核心邏輯片段
Selector selector = Selector.open();
for (int port : ports) {
    ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
    ssc.configureBlocking(false);
    ssc.socket().bind(new InetSocketAddress(port));
    ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
}

while (true) {
    selector.select();
    for (SelectionKey key : selector.selectedKeys()) {
        if (key.isAcceptable()) { /* accept 新連線並註冊 OP_READ */ }
        if (key.isReadable()) { /* 讀取資料並 echo 回去 */ }
    }
    selector.selectedKeys().clear();
}

3. Channel 通道抽象

Channel 統一檔案、網路、標準輸出入操作，支援非阻塞與記憶體映射。

• FileChannel：檔案隨機存取、鎖定、映射
• SocketChannel/ServerSocketChannel：網路非阻塞通訊
• ByteBuffer：資料載體，配合 flip()/compact() 切換讀寫模式

4. 記憶體映射檔案

將檔案區段直接映射至記憶體，存取速度接近記憶體級，適合大檔案高頻讀寫。

RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile("big.dat", "rw");
MappedByteBuffer mbb = raf.getChannel().map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, 20_000_000);
for (int i = 0; i < 20_000_000; i++) mbb.put((byte) 'A');
System.out.println("寫入完成，前 30 字元：" + new String(mbb.array(), 0, 30));

5. Charset 編碼轉換

比 String.getBytes() 更靈活、效能更好，支援任意字集互轉。

Charset utf8 = StandardCharsets.UTF_8;
Charset big5 = Charset.forName("Big5");
ByteBuffer buf = utf8.encode("測試字串");
CharBuffer cb = big5.decode(buf);
System.out.println("Big5 字元：" + cb);

總結

NIO/NIO.2 提供底層 I/O 控制能力，適用於高效能、高併發場景。掌握 WatchService、Selector、Channel、MappedByteBuffer、Charset 五大核心，即可應對多數進階 I/O 需求。