NIO 之 Channel實現原理

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NIO概述

Java NIO 由如下幾個核心部分組成：

• Channels
• Buffers
• Selectors

在傳統IO中，流是基於字節的方式進行讀寫的。
在NIO中，使用通道（Channel）基於緩衝區數據塊的讀寫。

Channel 和 IO 流的區別

Java NIO的通道相似IO中的流，但又有些不一樣：

1. 既能夠從通道中讀取數據，又能夠寫數據到通道。但流的讀寫一般是單向的。
2. 通道能夠異步地讀寫。
3. 通道中的數據老是要先讀到一個Buffer，或者老是要從一個Buffer中寫入。

Channel 實現類

下面是JAVA NIO中的一些主要Channel的實現：

1. FileChannel
   FileChannel 從文件中讀寫數據。
2. DatagramChannel
   DatagramChannel 能經過UDP讀寫網絡中的數據。
3. SocketChannel
   SocketChannel 能經過TCP讀寫網絡中的數據。
4. ServerSocketChannel
   ServerSocketChannel能夠監聽新進來的TCP鏈接，像Web服務器那樣。對每個新進來的鏈接都會建立一個SocketChannel。

FileChannel 是基於文件的Channel。
DatagramChannel、SocketChannel、ServerSocketChannel 都是基於網絡流的Channel。

下面咱們主要介紹關於基於網絡流的SocketChannel 和 ServerSocketChannel 。

register 方法

基於網絡流的Channel中提供了register方法。
使用示例：

channel.register(selector,  Selectionkey.OP_READ, ByteBuffer.allocate(64));

代碼的寫法感受是要將selector對象註冊到channel中。其實正好相反，應該是將channel註冊到selector中。
下面經過代碼分析：
![將channel 註冊到 selector 中]

channel 的 register 方法

1.首先判斷 selector 中是否已經註冊此 channel ，若是註冊過就更新註冊的事件和attach附件信息。

1. 若是 selector 沒有註冊過 channel ，則將 channel 註冊到 selector 中。

configureBlocking 方法

public final SelectableChannel configureBlocking(boolean block)

Channel 默認使用阻塞模式，經過 configureBlocking 方法能夠將該 Channel 設置成非阻塞模式。

//設置成非阻塞模式
channel.configureBlocking(false);

ServerSocketChannel

ServerSocketChannel只支持入站鏈接請求。不提供讀取、寫入數據功能。

accept 方法

public abstract SocketChannel accept()

accept()能夠在阻塞或非阻塞模式下操做。

• 阻塞模式
  accept()方法等待入站鏈接。而後它接受一個鏈接，並返回到遠程客戶端的一個SocketChannel。在創建鏈接前你沒法作任何操做。

示例：

public static void blockMode(){
    try {
        ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();
        //綁定要監控的端口
        serverChannel.bind(new InetSocketAddress(9000));
        //獲取入站請求socketChannel
        SocketChannel clientChannel = serverChannel.accept();
        ...
    } catch (Exception e) {
    }
}

• 非阻塞模式
  若是沒有入站鏈接，accept()返回null。非阻塞模式通常和Selector結合使用。

示例：

public static void nonBlockMode(){
    try {
        //建立一個selector
        Selector selector = Selector.open();
        //建立一個ServerSocketChannel
        ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();
        //設置成非阻塞模式
        serverChannel.configureBlocking(false);
        //綁定要監控的端口
        serverChannel.bind(new InetSocketAddress(9000));
        //接受入站請求
        serverChannel.accept();
        //將 serverChannel 註冊到 selector 上
        serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
    } catch (Exception e) {
    }
}

SocketChannel

SocketChannel 類能夠讀寫TCP Socket。數據必須編碼到ByteBuffer對象中來完成讀寫。

open 方法

1. public static SocketChannel open()
   建立一個SocketChannel，但不鏈接（沒有指定目標ip和port），若是想使用非阻塞模式則使用該方法建立SocketChannel對象。

示例：

public static void nonSocketChannel() throws Exception {
    SocketChannel client = SocketChannel.open();
    client.configureBlocking(false);
    client.connet(new InetSocketAddress("192.168.1.10", 9000));
}

1. public static SocketChannel open(SocketAddress remote)
   構造SocketChannel 對象，並使用阻塞模式鏈接目標地址。

connect 方法

public abstract boolean connect(SocketAddress remote)

非阻塞模式下，若是要鏈接遠程服務器必須使用 connect 方法進行鏈接。

finishConnect 方法

public abstract boolean finishConnect()

阻塞模式：直接返回true，由於在構造SocketChannel的時候已經創建鏈接了。
非阻塞模式下：必須調用此方法來判斷該方法是否已經創建網絡鏈接，只有創建網絡鏈接後才能進行讀寫操做。

判斷網絡鏈接狀態

public abstract boolean isConnected()
判斷是否已經鏈接。
public abstract boolean isConnectionPending()
判斷鏈接是否正在鏈接狀態

read 方法

• public int read(ByteBuffer buf)
  將 SocketChannel 中的數據讀入填充到 buf 中
• public final long read(ByteBuffer[] dsts)
  將 SocketChannel 中的數據讀入填充到 dsts[] 數組。按照數組順序進行填充。
• public long read(ByteBuffer[] dsts, int offset, int length)
  將 SocketChannel 中的數據填充到 dsts[] 數組中，從第數組中的offset座標開始填充，填充 length 個Bytebuffer。

write 方法

• public int write(ByteBuffer src)
  將 buf 中的數據寫入到 SocketChannel 中
• public final long write(ByteBuffer[] srcs)
  將 srcs[] 數組中的數據寫入到 SocketChannel 中，按照數組順序一個一個寫入。
• public long write(ByteBuffer[] srcs, int offset, int length) 將 srcs[] 數組中的數據寫入到 SocketChannel 中，從數組中 offset 座標開始，寫入length個ByteBuffer對象。