Java NIO系列 Channel（一）

Java NIO系列 Channel（一）

1  Channel

基本上，所有的IO在NIO 中都从一个Channel开始。Channel有点象流。数据可以从Channel读到Buffer中，也可以从Buffer写到Channel中。

         主要Channel的实现：

1、FileChannel

2、DatagramChannel

3、SocketChannel

4、ServerSocketChannel

2  FileChannel

FileChannel是一个连接到文件的通道，可以通过文件通道读写文件，FileChannel无法设置为非阻塞模式，它总是运行在阻塞模式下。

2.1 打开FileChannel

在使用FileChannel之前，必须先打开它。但是，我们无法直接打开一个FileChannel，需要通过使用一个InputStream、OutputStream或RandomAccessFile来获取一个FileChannel实例。

代码如下：

RandomAccessFile raFile = new RandomAccessFile("data.txt", "rw");

FileChannel channel = raFile.getChannel();

2.2  读数据FileChannel

调用多个read()方法之一从FileChannel中读取数据。

代码如下：

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);

int bytesRead = channel.read(buf);

         注意：read()方法返回的int值表示了有多少字节被读到了Buffer中。如果返回-1，表示到了文件末尾。

2.3  写数据FileChannel

         调用write()方法向FileChannel写数据，该方法的参数是一个Buffer。

         代码如下：

String wData = "write to file";

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

buf.clear();

buf.put(wData.getBytes());

buf.flip();

while(buf.hasRemaining()) {

    channel.write(buf);

}

         注意：write()是在while循环中调用的。因为无法保证write()方法一次能向FileChannel写完buf所有字节，所以需要重复调用write()方法，直到Buffer中已经没有尚未写入通道的字节。

2.4  关闭FileChannel

         用完FileChannel后必须将其关闭，否则一直不关闭会耗费完资源。

         代码如下：

                   channel.close();

2.5  FileChannel方法position

         获取FileChannel的当前位置

         代码如下：

                   long pos = channel.position();

设置FileChannel的当前位置

         代码如下：

                   channel.position(pos + 100);

注意：

1、如果将位置设置在文件结束符之后，然后试图从文件通道中读取数据，读方法将返回-1，表示文件结束标志。

2、如果将位置设置在文件结束符之后，然后向通道中写数据，文件将撑大到当前位置并写入数据。这可能导致“文件空洞”，磁盘上物理文件中写入的数据间有空隙。

2.6  FileChannel方法size

         size方法将返回该实例所关联文件的大小。

         代码如下：

                   long fileSize = channel.size();

2.7  FileChannel方法truncate

         可以使用truncate()方法截取一个文件，截取文件时，文件将中指定长度后面的部分将被删除。

         代码如下：

                   channel.truncate(1024);

2.8  FileChannel方法force

force()方法将通道里尚未写入磁盘的数据强制写到磁盘上。出于性能方面的考虑，操作系统会将数据缓存在内存中，所以无法保证写入到FileChannel里的数据一定会即时写到磁盘上，要保证这一点，需要调用force()方法。

force()方法有一个boolean类型的参数，指明是否同时将文件元数据（权限信息等）写到磁盘上。

代码如下：

         channel.force(true);

3  DatagramChannel

         DatagramChannel是一个能收发UDP包的通道。因为UDP是无连接的网络协议，所以不能像其它通道那样读取和写入，它发送和接收的是数据包。

3.1  打开DatagramChannel

         代码如下：

DatagramChannel channel = DatagramChannel.open();

channel.socket().bind(new InetSocketAddress(5599));

         注意：DatagramChannel可以在UDP端口5599上接收数据包。

3.2  接收数据

         通过receive()方法从DatagramChannel接收数据。

         代码如下：

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);

buf.clear();

channel.receive(buf);

注意：receive()方法会将接收到的数据包内容复制到指定的Buffer，如果Buffer容不下收到的数据，多出的数据将被丢弃。

3.3  发送数据

         通过send()方法从DatagramChannel发送数据。

         代码如下：

String wData = "write to file";

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

buf.clear();

buf.put(wData.getBytes());

buf.flip();

int bytesSent = channel.send(buf, new InetSocketAddress("baidu.com", 80));

         注意：如果服务端并没有监控这个端口，所以服务端什么也收不到，也不会通知你发出的数据包是否已收到，因为UDP在数据传送方面没有任何保证。

3.4  连接到特定的地址

         可以将DatagramChannel“连接”到网络中的特定地址的。由于UDP是无连接的，连接到特定地址并不会像TCP通道那样创建一个真正的连接。而是锁住DatagramChannel ，让其只能从特定地址收发数据。

         代码如下：

                   channel.connect(new InetSocketAddress("jenkov.com", 80));

         当连接后，也可以使用read()和write()方法，就像在用传统的通道一样。只是在数据传送方面没有任何保证。

         代码如下：

int bytesRead = channel.read(buf);

int bytesWritten = channel.write(buf);

4  SocketChannel

         SocketChannel是一个连接到TCP网络套接字的通道。可以通过以下2种方式创建SocketChannel：

1、  打开一个SocketChannel并连接到互联网上的某台服务器。

2、  一个新连接到达ServerSocketChannel时，会创建一个SocketChannel。

4.1  打开SocketChannel

         代码如下：

SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();

socketChannel.connect(new InetSocketAddress("10.1.51.1", 80));

4.2  关闭SocketChannel

         当用完SocketChannel之后调用close()关闭，否则一直不关闭会耗费完资源。

         代码如下：

                   socketChannel.close();

4.3  从SocketChannel读取数据

         要从SocketChannel中读取数据，调用一个read()的方法之一。

         代码如下：

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);

int bytesRead = socketChannel.read(buf);

         注意：read()方法返回的int值表示读了多少字节进Buffer里。如果返回的是-1，表示已经读到了流的末尾(连接关闭了)。

4.4  写入数据到 SocketChannel

         写数据到SocketChannel用的是write()方法，该方法以一个Buffer作为参数。

         代码如下：

String wData = "New String to write to file..." + System.currentTimeMillis();

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);

buf.clear();

buf.put(wData.getBytes());

buf.flip();

while(buf.hasRemaining()) {

channel.write(buf);

}

         注意：write()方法的调用是在一个while循环中的，Write()方法无法保证一次能写完所有字节到SocketChannel。所以我们重复调用write()直到Buffer没有要写的字节为止。

4.5  非阻塞模式

         可以设置SocketChannel为非阻塞模式（non-blocking mode），设置之后，就可以在异步模式下调用connect()、read()和write()了。

4.5.1  Connect

         如果SocketChannel在非阻塞模式下，此时调用connect()，该方法可能在连接建立之前就返回了。为了确定连接是否建立，可以调用finishConnect()的方法。

         代码如下：

socketChannel.configureBlocking(false);

socketChannel.connect(new InetSocketAddress("10.1.51.103", 80));

while(! socketChannel.finishConnect() ){

                       //wait, or do something else...

}

4.5.2  write

         非阻塞模式下，write()方法在尚未写出任何内容时可能就返回了，所以需要在循环中调用write()。

4.5.3  read

         非阻塞模式下，read()方法在尚未读取到任何数据时可能就返回了。所以需要关注它的int返回值，它会告诉你读取了多少字节。

4.6 非阻塞模式与选择器

         非阻塞模式与选择器搭配会工作的更好，通过将一或多个SocketChannel注册到Selector，可以询问选择器哪个通道已经准备好了读取，写入等。

5  ServerSocketChannel

         Java NIO中的 ServerSocketChannel 是一个可以监听新进来的TCP连接的通道, 就像标准IO中的ServerSocket一样。ServerSocketChannel类在 java.nio.channels包中。

5.1  打开ServerSocketChannel

通过调用 ServerSocketChannel.open()方法来打开ServerSocketChannel。

         代码如下：

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();

5.2  关闭ServerSocketChannel

         通过调用ServerSocketChannel.close()方法来关闭ServerSocketChannel，否则一直不关闭会耗费完资源。

代码如下：

serverSocketChannel.close();

5.3  监听新进来的连接

         通过ServerSocketChannel.accept()方法监听新进来的连接。当accept()方法返回的时候，它返回一个包含新进来的连接的SocketChannel。因此，accept()方法会一直阻塞到有新连接到达。通常不会仅仅只监听一个连接，在while循环中调用accept()方法。

         代码如下：

                   while(true){

                       SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();

                       //do something with socketChannel...

}

5.4  非阻塞模式

         ServerSocketChannel可以设置成非阻塞模式。在非阻塞模式下，accept() 方法会立刻返回，如果还没有新进来的连接，返回的将是null。 因此，需要检查返回的SocketChannel是否是null。

代码如下：

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();

serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));

serverSocketChannel.configureBlocking(false);

while(true){

                       SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();

                       if(socketChannel != null){

                           //do something with socketChannel...

                       }

}

6  Channel之间的数据传输

         在Java NIO中，如果两个Channel中有一个是FileChannel，那你可以直接将数据从一个Channel传输到另外一个Channel。

6.1  transferFrom()方法

         FileChannel的transferFrom()方法可以将数据从源通道传输到FileChannel中。

         代码如下：

RandomAccessFile fromFile = new RandomAccessFile("fromFile.txt", "rw");

FileChannel fromChannel = fromFile.getChannel();

RandomAccessFile toFile = new RandomAccessFile("toFile.txt", "rw");

FileChannel toChannel = toFile.getChannel();

long position = 0;

long count = fromChannel.size();

toChannel.transferFrom(position, count, fromChannel);

         注意：

1、  输入参数position表示从position处开始向目标文件写入数据。

2、  输入参数count表示最多传输的字节数。如果源通道的剩余空间小于 count 个字节，则所传输的字节数要小于请求的字节数。

3、  在SoketChannel的实现中，SocketChannel只会传输此刻准备好的数据（可能不足count字节）。因此，SocketChannel可能不会将请求的所有数据(count个字节)全部传输到FileChannel中。

6.2  transferTo()方法

         transferTo()方法将数据从FileChannel传输到其他的channel中。

         代码如下：

RandomAccessFile fromFile = new RandomAccessFile("fromFile.txt", "rw");

FileChannel fromChannel = fromFile.getChannel();

RandomAccessFile toFile = new RandomAccessFile("toFile.txt", "rw");

FileChannel      toChannel = toFile.getChannel();

long position = 0;

long count = fromChannel.size();

fromChannel.transferTo(position, count, toChannel);

         transferTo()方法和transferFrom()除了调用方法的FileChannel对象不一样外，其他的都一样。上面所说的关于SocketChannel的问题在transferTo()方法中同样存在。SocketChannel会一直传输数据直到目标buffer被填满。

参考链接：