Java NIO5：通道和文件通道

1、通道是什麼

     通道式（Channel）是java.nio的第二個主要創新。通道既不是一個擴展也不是一項加強，而是全新的、極好的Java I/O示例，提供與I/O服務的直接鏈接。Channel用於在字節緩衝區和位於通道另外一側的實體（一般是一個文件或套接字）之間有效地傳輸數據。

     一般狀況下，通道與操做系統的文件描述符（FileDescriptor）和文件句柄（FileHandler）有着一對一的關係。雖然通道比文件描述符更廣義，但開發者常用到的多數通道都是鏈接到開放的文件描述符的。Channel類提供維持平臺獨立性所需的抽象過程，否則仍然會模擬現代操做系統自己的I/O性能。

    通道是一種途徑，藉助該途徑，能夠用最小的總開銷來訪問操做系統自己的I/O服務。緩衝區則是通道內部用來發送和接收數據的端點，以下圖：

2、通道基礎

首先，看一下基本的Channel接口，下面是Channel接口的完整源碼：

public interface Channel extends Closeable {

    /**
     * Tells whether or not this channel is open.  </p>
     *
     * @return <tt>true</tt> if, and only if, this channel is open
     */
    public boolean isOpen();

    /**
     * Closes this channel.
     *
     * <p> After a channel is closed, any further attempt to invoke I/O
     * operations upon it will cause a {@link ClosedChannelException} to be
     * thrown.
     *
     * <p> If this channel is already closed then invoking this method has no
     * effect.
     *
     * <p> This method may be invoked at any time.  If some other thread has
     * already invoked it, however, then another invocation will block until
     * the first invocation is complete, after which it will return without
     * effect. </p>
     *
     * @throws  IOException  If an I/O error occurs
     */
    public void close() throws IOException;

}

    和緩衝區不一樣，通道API主要由接口指定。不一樣的操做系統上通道實現會有根本性的差別，因此通道API僅僅描述了能夠作什麼，所以很天然地，通道實現常用操做系統的本地代碼，通道接口容許開發者以一種受控且可移植的方式來訪問底層的I/O服務。

    能夠從底層的Channel接口看到，對全部通道來講只有兩種共同的操做：檢查一個通道是否打開isOpen()和關閉一個打開的通道close()，其他全部的東西都是那些實現Channel接口以及它的子接口的類。

從Channel接口引伸出的其餘接口都是面向字節的子接口：

    包括WritableByteChannel和ReadableByteChannel。這也正好支持了咱們以前的所學：通道只能在字節緩衝區上操做。層次接口代表其餘數據類型的通道也能夠從Channel接口引伸而來。這是一種很好的鐳射機，不過非字節實現是不可能的，由於操做系統都是以字節的形式實現底層I/O接口的。

3、認識通道

看一下基本的接口：

public interface ReadableByteChannel extends Channel {

    public int read(ByteBuffer dst) throws IOException;

}

public interface WritableByteChannel
    extends Channel
{

    public int write(ByteBuffer src) throws IOException;

}

public interface ByteChannel
    extends ReadableByteChannel, WritableByteChannel
{

}

    通道能夠是單向的也能夠是雙向的。一個Channel類可能實現定義read()方法的ReadableByteChannel接口，而另外一個Channel類也許實現WritableByteChannel接口以提供write()方法。實現這兩種接口其中之一的類都是單向的，只能在一個方向上傳輸數據。若是一個類同時實現這兩個接口，那麼它是雙向的，能夠雙向傳輸數據，就像上面的ByteChannel。

    通道能夠以阻塞（blocking）或非阻塞（nonblocking）模式運行，非阻塞模式的通道永遠不會讓調用的線程休眠，請求的操做要麼當即完成，要麼返回一個結果代表未進行任何操做。只有面向流的（stream-oriented）的通道，如sockets和pipes才能使用非阻塞模式。

比方說非阻塞的通道SocketChannel：

public abstract class SocketChannel
    extends AbstractSelectableChannel
    implements ByteChannel, ScatteringByteChannel, GatheringByteChannel
{
    ...
}

public abstract class AbstractSelectableChannel
    extends SelectableChannel
{
   ...
}

    能夠看出，socket通道類從SelectableChannel類引伸而來，從SelectableChannel引伸而來的類能夠和支持有條件的選擇的選擇器（Selectors）一塊兒使用。將非阻塞I/O和選擇器組合起來可使開發者的程序利用多路複用I/O。

4、認識文件通道

    通道是訪問I/O服務的導管，I/O能夠分爲廣義的兩大類：File I/O和Stream I/O。那麼相應的，通道也有兩種類型，它們是文件（File）通道和套接字（Socket）通道。文件通道指的是FileChannel，套接字通道則有三個，分別是SocketChannel、ServerSocketChannel和DatagramChannel。

    通道能夠以多種方式建立。Socket通道能夠有直接建立Socket通道的工廠方法，可是一個FileChannel對象卻只能經過在一個打開的RandomAccessFile、FileInputStream或FileOutputStream對象上調用getChannel()方法來獲取，開發者不能直接建立一個FileChannel。

   文件I/O是咱們最常使用的I/O，所以這部分先認識一下文件通道，下一部分再以代碼形式演示如何使用文件通道高。用UML圖表示一下文件通道的類層次關係：

    文件通道老是阻塞式的，所以不能被置於非阻塞模式下。

    前面提到過了，FileChannel對象不能直接建立，一個FileChannel實例只能經過在一個打開的File對象（RandomAccessFile、FileInputStream或FileOutputStream）上調用getChannel()方法獲取，調用getChannel()方法會返回一個鏈接到相同文件的FileChannel對象且該FileChannel對象具備與file對象相同的訪問權限，而後就可使用通道對象來利用強大的FileChannel API了。

    FileChannel對象是線程安全的，多個進程能夠在同一個實例上併發調用方法而不會引發任何問題，不過並不是全部的操做都是多線程的。影響通道位置或者影響文件的操做都是單線程的，若是有一個線程已經在執行會影響通道位置或文件大小的操做，那麼其餘嘗試進行此類操做之一的線程必須等待，併發行爲也會受到底層操做系統或文件系統的影響。

5、使用文件通道讀數據

講了這麼多理論，下面來看一下如何使用文件通道，首先是從文件中讀出數據：

public static void main(String[] args) throws Exception
{
    File file = new File("D:/files/readchannel.txt");
    FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
    FileChannel fc = fis.getChannel();
    ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocate(35);
    fc.read(bb);
    bb.flip();
    while (bb.hasRemaining())
    {
        System.out.print((char)bb.get());
    }
    bb.clear();
    fc.close();
}

這是最簡單的操做，前面講過文件通道必須經過一個打開的RandomAccessFile、FileInputStream、FileOutputStream獲取到，所以這裏使用FileInputStream來獲取FileChannel。接着只要使用read方法將內容讀取到緩衝區內便可，緩衝區內有了數據，就可使用前文對於緩衝區的操做讀取數據了。文件裏面的數據是：

控制檯上打印出來的數據是：

channel1!
channel2!
channel3!

沒有問題。

6、使用文件通道寫數據

上面看了使用文件通道讀數據，接着看一下使用文件通道寫數據，差很少：

public static void main(String[] args) throws Exception
{
    File file = new File("D:/files/writechannel.txt");
    RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(file, "rw");
    FileChannel fc = raf.getChannel();
    ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocate(10);
    String str = "abcdefghij";
    bb.put(str.getBytes());
    bb.flip();
    fc.write(bb);
    bb.clear();
    fc.close();
}

這裏使用了RandomAccessFile去獲取FileChannel，而後操做其實差很少，write方法寫ByteBuffer中的內容至文件中，注意寫以前仍是要先把ByteBuffer給flip一下。

可能有人以爲這種連續put的方法很是不方便，可是沒有辦法，以前已經提到過了：通道只能使用ByteBuffer。