小師妹學JavaIO之:NIO中Channel的妙用

時間 2020-08-03

標籤師妹 javaio nio channel 妙用欄目 Java 简体版

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簡介

小師妹，你還記得咱們使用IO和NIO的初心嗎？java

小師妹：F師兄，使用IO和NIO不就是爲了讓生活更美好，世界充滿愛嗎？讓我等程序員能夠優雅的將數據從一個地方搬運到另一個地方。利其器，善其事，纔有更多的時間去享受生活呀。git

善，若是將數據比作人，IO，NIO的目的就是把人運到美國。程序員

小師妹：F師兄，爲何要運到美國呀，美國如今新冠太嚴重了，仍是待在中國吧。中國是世界上最安全的國家！github

好吧，爲了保險起見，咱們要把人運到上海。人就是數據，怎麼運過去呢？能夠坐飛機，坐汽車，坐火車，這些什麼飛機，汽車，火車就能夠看作是一個一個的Buffer。spring

更多精彩內容且看：安全

最後飛機的航線，汽車的公路和火車的軌道就能夠看作是一個個的channel。服務器

簡單點講，channel就是負責運送Buffer的通道。dom

IO按源頭來分，能夠分爲兩種，從文件來的File IO，從Stream來的Stream IO。無論哪一種IO，均可以經過channel來運送數據。異步

Channel的分類

雖然數據的來源只有兩種，可是JDK中Channel的分類可很多，以下圖所示：socket

先來看看最基本的，也是最頂層的接口Channel：

public interface Channel extends Closeable {
    public boolean isOpen();
    public void close() throws IOException;

}

最頂層的Channel很簡單，繼承了Closeable接口，須要實現兩個方法isOpen和close。

一個用來判斷channel是否打開，一個用來關閉channel。

小師妹：F師兄，頂層的Channel怎麼這麼簡單，徹底不符合Channel很複雜的人設啊。

別急，JDK這麼作其實也是有道理的，由於是頂層的接口，必需要更加抽象更加通用，結果，一通用就發現還真的就只有這麼兩個方法是通用的。

因此爲了應對這個問題，Channel中定義了不少種不一樣的類型。

最最底層的Channel有5大類型，分別是：

FileChannel

這5大channel中，和文件File有關的就是這個FileChannel了。

FileChannel能夠從RandomAccessFile, FileInputStream或者FileOutputStream中經過調用getChannel()來獲得。

也能夠直接調用FileChannel中的open方法傳入Path建立。

public abstract class FileChannel
    extends AbstractInterruptibleChannel
    implements SeekableByteChannel, GatheringByteChannel, ScatteringByteChannel

咱們看下FileChannel繼承或者實現的接口和類。

AbstractInterruptibleChannel實現了InterruptibleChannel接口，interrupt你們都知道吧，用來中斷線程執行的利器。來看一下下面一段很是玄妙的代碼：

protected final void begin() {
        if (interruptor == null) {
            interruptor = new Interruptible() {
                    public void interrupt(Thread target) {
                        synchronized (closeLock) {
                            if (closed)
                                return;
                            closed = true;
                            interrupted = target;
                            try {
                                AbstractInterruptibleChannel.this.implCloseChannel();
                            } catch (IOException x) { }
                        }
                    }};
        }
        blockedOn(interruptor);
        Thread me = Thread.currentThread();
        if (me.isInterrupted())
            interruptor.interrupt(me);
    }

上面這段代碼就是AbstractInterruptibleChannel的核心所在。

首先定義了一個Interruptible的實例，這個實例中有一個interrupt方法，用來關閉Channel。

而後得到當前線程的實例，判斷當前線程是否Interrupted，若是是的話，就調用Interruptible的interrupt方法將當前channel關閉。

SeekableByteChannel用來鏈接Entry或者File。它有一個獨特的屬性叫作position，表示當前讀取的位置。能夠被修改。

GatheringByteChannel和ScatteringByteChannel表示能夠一次讀寫一個Buffer序列結合（Buffer Array）：

public long write(ByteBuffer[] srcs, int offset, int length)
        throws IOException;
public long read(ByteBuffer[] dsts, int offset, int length)
        throws IOException;

Selector和Channel

在講其餘幾個Channel以前，咱們看一個和下面幾個channel相關的Selector：

這裏要介紹一個新的Channel類型叫作SelectableChannel，以前的FileChannel的鏈接是一對一的，也就是說一個channel要對應一個處理的線程。而SelectableChannel則是一對多的，也就是說一個處理線程能夠經過Selector來對應處理多個channel。

SelectableChannel經過註冊不一樣的SelectionKey，實現對多個Channel的監聽。後面咱們會具體的講解Selector的使用，敬請期待。

DatagramChannel

DatagramChannel是用來處理UDP的Channel。它自帶了Open方法來建立實例。

來看看DatagramChannel的定義：

public abstract class DatagramChannel
    extends AbstractSelectableChannel
    implements ByteChannel, ScatteringByteChannel, GatheringByteChannel, MulticastChannel

ByteChannel表示它同時是ReadableByteChannel也是WritableByteChannel，能夠同時寫入和讀取。

MulticastChannel表明的是一種多播協議。正好和UDP對應。

SocketChannel

SocketChannel是用來處理TCP的channel。它也是經過Open方法來建立的。

public abstract class SocketChannel
    extends AbstractSelectableChannel
    implements ByteChannel, ScatteringByteChannel, GatheringByteChannel, NetworkChannel

SocketChannel跟DatagramChannel的惟一不一樣之處就是實現的是NetworkChannel藉口。

NetworkChannel提供了一些network socket的操做，好比綁定地址等。

ServerSocketChannel

ServerSocketChannel也是一個NetworkChannel，它主要用在服務器端的監聽。

public abstract class ServerSocketChannel
    extends AbstractSelectableChannel
    implements NetworkChannel

AsynchronousSocketChannel

最後AsynchronousSocketChannel是一種異步的Channel：

public abstract class AsynchronousSocketChannel
    implements AsynchronousByteChannel, NetworkChannel

爲何是異步呢？咱們看一個方法：

public abstract Future<Integer> read(ByteBuffer dst);

能夠看到返回值是一個Future，因此read方法能夠馬上返回，只在咱們須要的時候從Future中取值便可。

使用Channel

小師妹：F師兄，講了這麼多種類的Channel，看得我眼花繚亂，能不能講一個Channel的具體例子呢？

好的小師妹，咱們如今講一個使用Channel進行文件拷貝的例子，雖然Channel提供了transferTo的方法能夠很是簡單的進行拷貝，可是爲了可以看清楚Channel的通用使用，咱們選擇一個更加常規的例子：

public void useChannelCopy() throws IOException {
        FileInputStream input = new FileInputStream ("src/main/resources/www.flydean.com");
        FileOutputStream output = new FileOutputStream ("src/main/resources/www.flydean.com.txt");
        try(ReadableByteChannel source = input.getChannel(); WritableByteChannel dest = output.getChannel()){
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024);
            while (source.read(buffer) != -1)
            {
                // flip buffer,準備寫入
                buffer.flip();
                // 查看是否有更多的內容
                while (buffer.hasRemaining())
                {
                    dest.write(buffer);
                }
                // clear buffer，供下一次使用
                buffer.clear();
            }
        }
    }

上面的例子中咱們從InputStream中讀取Buffer，而後寫入到FileOutputStream。