Java NIO學習系列二：Channel

　　上文總結了Java NIO中的Buffer相關知識點，本文中咱們來總結一下它的好兄弟：Channel。上文有說到，Java NIO中的Buffer通常和Channel配對使用，NIO中的全部IO都起始於一個Channel，一個Channel就至關於一個流，，能夠從Channel中讀取數據到Buffer，或者寫數據到Channel中。

　　Channel簡介

　　FileChannel

　　SocketChannel

　　ServerSocketChannel

　　DatagramChannel

　　總結

 

1. Channel簡介

　　Java NIO中的Channel相似流，可是有一些不一樣：

• Channel既能夠支持寫也能夠支持讀，而流則是單向的，只能支持寫或者讀；
• Channel支持異步讀寫；
• Channel通常和Buffer配套使用，從Channel中讀取數據到Buffer中，或從Buffer寫入到Channel中；

　　Channel的主要實現類有以下幾種：

• FileChannel，能夠對文件讀/寫數據；
• DatagramChannel，經過UDP從網絡讀/寫數據；
• SocketChannel，經過TCP從網絡讀/寫數據；
• ServerSocketChannel，容許你監聽TCP鏈接，對於每一個TCP鏈接都建立一個SocketChannel；

 

2. FileChannel

　　Java NIO FileChannel是一類文件相連的channel，經過它能夠從文件讀取數據，或向文件寫數據。FileChannel類是Java NIO類庫提供的用於代替標準Java IO API來讀寫文件。FileChannel不能設置爲非阻塞模式，只能工做在阻塞模式下。

2.1 打開FileChannel

  在使用FileChannel以前先要打開它，就I/O類庫中有三個類被修改了，用以產生FileChannel，這三個類是：InputStream、OutputStream、RandomAccessFile，以下是如何從RandomAccessFile獲取FileChannel：

RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("data/nio-data.txt", "rw");
FileChannel inChannel = aFile.getChannel();

2.2 從FileChannel讀取數據

  首先須要分配一個Buffer，從FileChannel讀取的數據會讀到Buffer中(是否是有點繞)。而後調用FileChannel的read()方法來讀數據，這個方法會把數據讀到Buffer中，返回的int表明讀取了多少字節，返回-1表明文件末尾。

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
int bytesRead = inChannel.read(buf);

2.3 往FileChannel寫數據

  經過調用FileChannel的write()方法能夠往其中寫數據，參數是一個Buffer：

String newData = "New String to write to file..." + System.currentTimeMillis();
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48); buf.clear(); buf.put(newData.getBytes()); buf.flip(); while(buf.hasRemaining()) { channel.write(buf); }

　　這裏write()方法也沒有保證一次寫入多少數據，咱們只是不斷重複直到寫完。

2.4 關閉FileChannel

　　用完FileChannel以後記得要將其關閉：

channel.close();

2.5 FileChannel位置

  調用FileChannel對象的position()方法能夠獲取其position，也能夠調用position(long pos)設置其position：

// 獲取position
long pos channel.position();
// 設置position
channel.position(pos +123);

　　若是將position設置到文件末尾後面，而後嘗試讀取文件，會返回-1；

  若是將position設置到文件末尾後面，而後嘗試向文件中寫數據，則文件會自動擴展，而且從設置的position位置處開始寫數據，這會致使「file hole」，即物理文件會有間隙。

2.6 FileChannel尺寸

  size()方法返回filechannel鏈接的文件的尺寸大小：

long fileSize = channel.size(); 

2.7 截短FileChannel

  truncate()方法能夠截短文件：

channel.truncate(1024);

　　如上，將文件截取爲1024字節長度。

2.8 FileChannel Force

  FileChannel.force()方法會刷新全部未寫入到磁盤的數據到磁盤上。由於操做系統會先將數據緩存到內存中，再一次性寫入磁盤，因此不能保證寫到channel中的數據是否寫入到磁盤上，因此能夠調用flush()方法強制將數據寫入磁盤。

  force()方法有一個boolean參數，表明是否要寫入文件的元數據(好比權限)：

channel.force(true);

 

3. SocketChannel

　　Java NIO SocketChannel用於和TCP網絡socket相連，等同於Java網絡包中的Socket。能夠經過兩種方式來建立一個SocketChannel：

• 打開一個SocketChannel而且將其和網絡上的某臺服務器相連；
• 當有一個鏈接到達一個ServerSocketChannel時會自動建立一個SocketChannel；

3.1 打開Socket通道

  以下示例說明了如何打開一個SocketChannel：

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

3.2 關閉Socket通道

  對於這種資源類的使用，是要記得及時關閉的：

socketChannel.close();

3.3 從Socket通道讀數據

  調用read()方法能夠讀取數據：

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
int bytesRead = socketChannel.read(buf);

3.4 往Socket通道寫數據

  調用其寫方法write()能夠向其中寫數據，使用一個Buffer做爲其參數：

String newData = "New String to write to file..." + System.currentTimeMillis();
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48); buf.clear(); buf.put(newData.getBytes()); buf.flip(); while(buf.hasRemaining()) { channel.write(buf); }

3.5 工做在非阻塞模式下

  能夠將SocketChannel設置爲非阻塞模式，設置以後能夠異步地調用其connect()、read()和write()方法。

connect()

  對於處於非阻塞模式下的SocketChannel，調用其connect()方法以後會當即返回，即便沒有成功創建鏈接。能夠調用finishConnect()方法來獲知是否成功創建鏈接：

socketChannel.configureBlocking(false);
socketChannel.connect(new InetSocketAddress("http://jenkov.com", 80)); while(! socketChannel.finishConnect() ){ //wait, or do something else... }

write()

  對於處於非阻塞模式的SocketChannel，調用其write()也會返回，可是可能尚未寫入數據。所以你須要在一個循環中調用它，就像前面的例子中看到的那樣。

read()

  對於處於非阻塞模式的SocketChannel，調用其read()有可能出現返回int值，可是尚未任何數據讀入到buffer中。所以須要關注返回int值，這個能夠告訴咱們有多少數據是已經讀取的。

非阻塞模式下和Selectors一塊兒工做

  非阻塞模式下的SocketChannel適合和Selector一塊兒搭配使用。經過往Selector中註冊一個或多個SocketChannel，能夠經過Selector選擇已經就緒的Channel。具體使用稍後會詳述。

 

4. ServerSocketChannel

　　Java NIO ServerSocketChannel能夠監聽TCP鏈接，就像標準Java網絡庫中的ServerSocket。

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999)); while(true){ SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept(); //do something with socketChannel... }

4.1 打開ServerSocketChannel

  很簡單，調用其open()方法就能夠開啓一個ServerSocketChannel：

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();

4.2 關閉ServerSocketChannel

serverSocketChannel.close();

4.3 監聽鏈接

  調用其accept()方法以後能夠監聽鏈接。在一個新的鏈接到來以前，都處於阻塞狀態，一旦新的鏈接到來，accept()方法將返回一個和這個鏈接對應的SocketChannel。

  將其放在一個while循環中就能夠不斷監聽新的鏈接：

while(true){
    SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept(); //do something with socketChannel... }

　　固然實際中while循環應該使用其餘的判斷條件而不是true。

4.4 工做在非阻塞模式下

  ServerSocketChannel一樣可設置爲非阻塞模式，此時調用其accept()會當即返回，若是沒有新的鏈接可能返回null，須要對返回值是否爲空進行校驗：

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...  } }

 

5. DatagramChannel

　　DatagramChannel用於發送和接收UDP包。由於UDP是一個無鏈接協議，不是像其餘channel同樣進行讀寫操做，而是經過數據包來交換數據。

5.1 打開DatagramChannel

DatagramChannel channel = DatagramChannel.open();
channel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));

　　這個例子中打開了一個DatagramChannel，能夠經過端口9999接收UDP數據包。

5.2 接收數據

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
buf.clear();
channel.receive(buf);

　　調用DatagramChannel的receive()方法能夠將接收到的數據包中的數據複製到指定的Buffer中。若是收到的數據大於Buffer容量，默認將其拋棄。

5.3 發送數據

String newData = "New String to write to file..."
                    + System.currentTimeMillis();    
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
buf.clear();
buf.put(newData.getBytes());
buf.flip();
int bytesSent = channel.send(buf, new InetSocketAddress("jenkov.com", 80));

　　在這個例子中是向「jenkov.com」服務器的80端口發送UDP數據包。由於UDP不保證數據傳輸，因此也不會知道發送的數據包是否被收到。

5.4 鏈接到指定地址

　　能夠將DatagramChannel「鏈接」到一個指定的網絡地址。由於UDP協議是無鏈接的，因此經過這種方式建立鏈接並不會像基於TCP的channel那樣建立一個真實的鏈接。可是，這樣能夠「鎖定」這個DatagramChannel，使得它只能和一個指定的ip地址交換數據。

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

　　在這種狀況下(鎖定)，也能夠像其餘Channel那樣調用read()和write()方法，只不過不可以保證數據必定可以收到。

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

 

6. 總結

　　本文主要總結了Channel的相關知識，Channel是通道，和Buffer進行交互數據，能夠讀數據到Buffer中，也能夠從Buffer往Channel寫數據。Channel主要有下面幾種：

• FileChannel
• SocketChannel
• ServerSocketChannel
• DatagramChannel

　　其中FileChannel是和文件交互、SocketChannel和ServerSocketChannel是基於TCP的網絡Channel，DatagramChannel是基於UDP的網絡Channel。