Java NIO 學習筆記（四）----文件通道和網絡通道

目錄：
Java NIO 學習筆記（一）----概述，Channel/Buffer
Java NIO 學習筆記（二）----彙集和分散，通道到通道
Java NIO 學習筆記（三）----Selector
Java NIO 學習筆記（四）----文件通道和網絡通道
Java NIO 學習筆記（五）----路徑、文件和管道 Path/Files/Pipe
Java NIO 學習筆記（六）----異步文件通道 AsynchronousFileChannel
Java NIO 學習筆記（七）----NIO/IO 的對比和總結

FileChannel 文件通道

FileChannel 是鏈接到文件的通道，能夠從文件中讀取數據，並將數據寫入文件，能夠替代使用標準 IO 讀寫文件的操做。

注意 FileChannel 沒法設置爲非阻塞模式。 它始終以阻塞模式運行。

打開 FileChannel

在使用 FileChannel 以前必須先將其打開。 沒法直接打開 FileChannel ，必須經過 InputStream，OutputStream 或 RandomAccessFile 獲取 FileChannel 。 如下是經過 RandomAccessFile 打開 FileChannel 的方法：

RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("D:\\test\\input.txt", "rw");
FileChannel inChannel = aFile.getChannel();

從 FileChannel 讀寫數據

這是經過調用 read()/write() 方法之一完成的，讀和寫都是針對一個 ByteBuufer 對象的。
這是一個例子：

// 這裏省略 2 個 Channel 的定義...

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);
buffer.clear(); // 清除緩衝區，準備寫入數據

int bytesRead = inChannel.read(buffer); // 將 inChannel 的數據讀入緩衝區

buffer.flip(); // 反轉緩衝區，就是把指針放到開頭，並設置 limit 標記結尾

while(buffer.hasRemaining()) { // 只要緩衝區還有數據
    outChannel.write(buffer); // 就將緩衝區數據寫入通道
}

分配緩衝區後，調用 FileChannel 對象的 read() 方法將 FileChannel 中的數據讀入 Buffer ，返回的 int 表明讀取的字節數。 若是返回 -1，則到達文件結尾。

使用 write() 方法將數據寫入 FileChannel ，該方法一樣將 Buffer 做爲參數，注意在 while 循環中調用 write() 方法。 這是由於沒法保證 write() 方法寫入 FileChannel 的字節數。 所以，咱們重複調用 write() 方法，直到 Buffer 中沒有要寫入通道的字節。

關閉 FileChannel

使用 FileChannel 後，必須將其關閉：

channel.close();

FileChannel Position 指定操做位置

能夠調用 position() 方法獲取 FileChannel 對象的當前位置，調用 position(long pos) 方法來設置 FileChannel 的位置，這樣就能夠在特定位置開始讀取或寫入 FileChannel 。
一個例子：

// 獲取當前位置
long pos = channel.position();
// 指定通道的位置，0 <= position <= limit
channel.position(pos +123);

若是位置設置在文件結束後面：

1. 讀取操做將獲得 -1 ---- 文件結束標記。
2. 寫入操做，文件將擴大到指定位置並寫入數據。 這可能致使「文件漏洞」，磁盤上的物理文件數據中存在間隙。（好比開始順序寫入123後，此時 position=3，手動指定 position = 6，寫入4，那此時磁盤物理文件應該是['1', '2', '3', '~', '~', '~', '4']，中間有3個位置是空的）

獲取 FileChannel 的大小信息

FileChannel 對象的 size() 方法返回通道所鏈接文件的文件大小。 這是一個簡單的例子：

long fileSize = channel.size();

FileChannel Truncate（截斷）

能夠經過調用 FileChannel 對象的 truncate() 方法截斷文件。 截斷文件時，會以給定長度將其剪切掉，即指定長度後面部分被刪除。 這是一個例子，將文件長度截斷爲 1024 字節：

channel.truncate(1024);

將 FileChannel 數據強制保存到磁盤

FileChannel 對象的 void force(boolean metaData) 方法強制將全部未寫入磁盤的數據從通道刷新到磁盤。 出於性能緣由，操做系統可能會將數據緩存在內存中，所以在調用 force() 方法以前，沒法保證寫入通道的數據實際寫入磁盤。
boolean 參數指定是否應該刷新文件元數據（權限信息等）到磁盤。

channel.force(true);
channel.force(flase);

SocketChannel 套接字通道

SocketChannel 是鏈接到 TCP 網絡套接字的通道，至關於 Java 網絡編程的套接字。能夠經過兩種方式建立：

1. 打開 SocketChannel 並鏈接到 Internet 上的某個服務器，即向服務器發出鏈接。
2. 當傳入鏈接到達 ServerSocketChannel 時，建立 SocketChannel ，即接收客戶端發來的鏈接。

打開和關閉 SocketChannel

如下是打開SocketChannel的方法：

SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
socketChannel.connect(new InetSocketAddress("http://baidu.com", 80));

socketChannel.close();

InetSocketAddress 是 SocketAddress 類的子類，爲(IP地址+端口號)類型，也就是端口地址類型，可使用靜態方法 createUnresolved(String host, int port) 獲取對象，另外也能由構造函數 InetSocketAddress(InetAddress addr, int port) 建立，其中 InetAddress 對象可省略，也可用字符串代替。

經過 SocketChannel 讀寫數據

// 這裏省略 2 個 Channel 的定義...

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);
buffer.clear(); // 清除緩衝區，準備寫入數據
int bytesRead = socketChannel.read(buffer); // 將 socketChannel 的數據讀入緩衝區

buffer.flip(); // 反轉緩衝區，就是把指針放到開頭，並設置 limit 標記結尾

while(buffer.hasRemaining()) { // 只要緩衝區還有數據
    channel.write(buffer);// 就將緩衝區數據寫入通道
}

能夠看到，基本和 FileChannel 的讀寫方式一致，首先分配緩衝區，而後調用 read() 方法。 此方法將數據從 SocketChannel 讀入 Buffer 。 read() 方法返回的 int 表明寫入了多少字節數據。 若是返回 -1 ，則到達流的末尾（鏈接已關閉）。調用 SocketChannel 對象的 write(Buffer buffer) 方法則能夠將 Buffer 的數據寫入 SocketChannel。

SocketChannel 的非阻塞模式

能夠將 SocketChannel 設置爲非阻塞模式，能夠在異步模式下調用 connect()，read() 和 write() 方法。

connect()

若是 SocketChannel 處於非阻塞模式調用 connect() 方法，則可能會在創建鏈接以前返回。 要肯定是否成功創建了鏈接，能夠調用 finishConnect() 方法，它當且僅當已鏈接此通道的套接字時才返回 true 。
以下所示：

socketChannel.configureBlocking(false);
socketChannel.connect(new InetSocketAddress("http://baidu.com", 80));

while(! socketChannel.finishConnect() ){
    //wait, or do something else...    
}

write()

在非阻塞模式下，write() 方法可能在沒有寫入任何內容的狀況下返回。 所以，須要在循環中調用 write() 方法。

while(buffer.hasRemaining()) { // 只要緩衝區還有數據
    channel.write(buffer);// 就將緩衝區數據寫入通道
}

read()

在非阻塞模式下，read() 方法可能在沒有讀取任何數據的狀況下返回。 所以，須要注意返回的 int ，它表明讀取了多少字節。

帶有選擇器的非阻塞模式

使用 Selector 時，SocketChannel 的非阻塞模式效果更好。 經過使用選擇器註冊一個或多個 SocketChannel ，能夠向選擇器詢問已準備好進行讀取，寫入的通道。後面會有更詳細的提起，這裏先不講。

ServerSocketChannel

ServerSocketChannel 是一個能夠偵聽傳入 TCP 鏈接的通道，就像標準 ServerSocket 同樣。 這是一個例子：

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));

while (true) {
    SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept(); // 監聽傳入的鏈接
    //do something with socketChannel...
}

serverSocketChannel.close();

ServerSocketChannel 能夠設置爲非阻塞模式。 在非阻塞模式下，accept() 方法調用後會當即返回，若是有鏈接傳入，則返回 SocketChannel 對象，若是沒有鏈接傳入，則返回 null。 所以，必須檢查返回的 SocketChannel 是否爲空。以下：

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));
serverSocketChannel.configureBlocking(false);

while (true) {
    SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept(); // 監聽傳入的鏈接
     if(socketChannel != null){
        //do something with socketChannel...
        }
}

DatagramChannel 數據包通道

DatagramChannel 是能夠發送和接收 UDP 數據包的通道。 因爲 UDP 是一種無鏈接的網絡協議，所以不能像在其餘通道中那樣讀取和寫入 DatagramChannel 。 而是經過發送和接收數據包的方式通訊。

接收數據

DatagramChannel 是經過 receive() 方法接收數據的。 receive() 方法將接收到的數據包的內容複製到給定的 Buffer 中。 若是接收的數據包包含的數據多於緩衝區能夠包含的數據，則會悄悄丟棄多出的數據。一個示例以下：

ByteBuffer receiveBuffer = ByteBuffer.allocate(128);
DatagramChannel serverChannel = DatagramChannel.open();
serverChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));

receiveBuffer.clear(); // 清除緩衝區，準備寫入數據
serverChannel.receive(receiveBuffer);

receiveBuffer.flip(); // 反轉緩衝區以準備被讀取
System.out.println(new String(receiveBuffer.array(), 0, receiveBuffer.limit()));

發送數據

ByteBuffer sendBuffer = ByteBuffer.allocate(128);
sendBuffer.clear(); // 清除緩衝區，準備寫入數據
byte[] sendData = "string from cilent".getBytes();
sendBuffer.put(sendData);

DatagramChannel clientChannel = DatagramChannel.open();
int sendSuccess = clientChannel.send(sendBuffer, new InetSocketAddress("127.0.0.1", 9999));
System.out.println("sendSuccess: " + sendSuccess);
clientChannel.close();

此示例將字符串發送到 UDP 本機的 9999 端口， 因爲 UDP 不對數據傳送作出任何保證，所以不會通知對方是否收到了發送的數據包。

鏈接到特定地址

能夠將 DatagramChannel「鏈接」到網絡上的特定地址。 因爲 UDP 是無鏈接的，所以這種鏈接到地址的方式不會像 TCP 通道那樣建立真正的鏈接。 它只會鎖定 DatagramChannel ，讓其只能從一個特定地址發送和接收數據包。一個示例：

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

鏈接後，還可使用 read() 和 write() 方法，就像使用傳統通道同樣，只是在數據傳送方面沒有任何保證。 例子：

int bytesRead = channel.read(buf);    
int bytesWritten = channel.write(buf);