java Channel

Channel
Channel與流
基本上，全部的 IO 在NIO 中都從一個Channel 開始。Channel 有點象流。數據能夠從Channel讀到Buffer中，也能夠從Buffer 寫到Channel中。

Java NIO的通道相似流，但又有些不一樣：

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；
通道能夠異步地讀寫；
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。
正如上面所說，從通道讀取數據到緩衝區，從緩衝區寫入數據到通道。以下圖所示：



Channel的實現
這些是Java NIO中最重要的通道的實現：

FileChannel
DatagramChannel
SocketChannel
ServerSocketChannel
FileChannel 從文件中讀寫數據。FileChannel沒法設置爲非阻塞模式，它老是運行在阻塞模式下。

DatagramChannel 能經過UDP讀寫網絡中的數據。

SocketChannel 能經過TCP讀寫網絡中的數據。

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。

這些通道涵蓋了UDP 和 TCP 網絡IO，以及文件IO。

基本的Channel示例
下面是一個使用FileChannel讀取數據到Buffer中的示例：

RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("data/nio-data.txt","rw");
FileChannel inChannel = aFile.getChannel();
 
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48); 
int bytesRead = inChannel.read(buf);

while (bytesRead != -1) { 
  System.out.println("Read " + bytesRead);
  buf.flip();
 
  while(buf.hasRemaining()){
    System.out.print((char) buf.get());
  }
 
  buf.clear();
  bytesRead = inChannel.read(buf);
}
aFile.close();
 
注意 buf.flip() 的調用，首先讀取數據到Buffer，而後反轉Buffer,接着再從Buffer中讀取數據。 
Buffer
Java NIO中的Buffer用於和NIO通道進行交互。數據是從通道讀入緩衝區，從緩衝區寫入到通道中的。

緩衝區本質上是一塊能夠寫入數據，而後能夠從中讀取數據的內存。這塊內存被包裝成NIO Buffer對象，並提供了一組方法，用來方便的訪問該塊內存。

Buffer的基本用法
使用Buffer讀寫數據通常遵循如下四個步驟：

寫入數據到Buffer
調用flip()方法——將Buffer從寫模式切換到讀模式
從Buffer中讀取數據
調用clear()方法或者compact()方法——清空緩衝區
當向buffer寫入數據時，buffer會記錄下寫了多少數據。

一旦要讀取數據，須要經過flip()方法將Buffer從寫模式切換到讀模式。在

讀模式下，能夠讀取以前寫入到buffer的全部數據。

一旦讀完了全部的數據，就須要清空緩衝區，讓它能夠再次被寫入。有兩種方式能清空緩衝區：調用clear()或compact()方法。 clear()方法會清空整個緩衝區。compact()方法只會清除已經讀過的數據。任何未讀的數據都被移到緩衝區的起始處，新寫入的數據將放到緩衝區未讀數據的後面。

capacity, position, limit
緩衝區本質上是一塊能夠寫入數據，而後能夠從中讀取數據的內存。這塊內存被包裝成NIO Buffer對象，並提供了一組方法，用來方便的訪問該塊內存。

爲了理解Buffer的工做原理，須要熟悉它的三個屬性：capacity，position和limit。

position和limit的含義取決於Buffer處在讀模式仍是寫模式。無論Buffer處在什麼模式，capacity的含義老是同樣的。

這裏有一個關於capacity，position和limit在讀寫模式中的說明，詳細的解釋在插圖後面。


capacity

做爲一個內存塊，Buffer有一個固定的大小值，也叫「capacity」。你只能往裏寫capacity個byte、long，char等類型。一旦Buffer滿了，須要將其清空（經過讀數據或者清除數據）才能繼續寫數據往裏寫數據。

position

當你寫數據到Buffer中時，position表示當前的位置。初始的position值爲0。

當一個byte、long等數據寫到Buffer 後， position會向前移動到下一個可插入數據的Buffer單元。position最大可爲capacity – 1.

當讀取數據時，也是從某個特定位置讀。當將Buffer從寫模式切換到讀模式，position會被重置爲0. 當從Buffer的position處讀取數據時，position向前移動到下一個可讀的位置。

limit
在寫模式下，Buffer的limit表示你最多能往Buffer裏寫多少數據。 寫模式下，limit等於Buffer的capacity。

當切換Buffer到讀模式時， limit表示你最多能讀到多少數據。所以，當切換Buffer到讀模式時，limit會被設置成寫模式下的position值。換句話說，你能讀到以前寫入的全部數據（limit被設置成已寫數據的數量，這個值在寫模式下就是position）

Buffer的類型
Java NIO 有如下Buffer類型

ByteBuffer
MappedByteBuffer
CharBuffer
DoubleBuffer
FloatBuffer
IntBuffer
LongBuffer
ShortBuffer
這些Buffer類型表明了不一樣的數據類型。換句話說，就是能夠經過char，short，int，long，float 或 double類型來操做緩衝區中的字節。

MappedByteBuffer 有些特別，在涉及它的專門章節中再講。

Buffer的分配
要想得到一個Buffer對象首先要進行分配。 每個Buffer類都有一個allocate方法。下面是一個分配48字節capacity的ByteBuffer的例子。
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
 
這是分配一個可存儲1024個字符的CharBuffer：
CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(1024);
 
向Buffer中寫數據
寫數據到Buffer有兩種方式：

從Channel寫到Buffer。
經過Buffer的put()方法寫到Buffer裏。
從Channel寫到Buffer的例子
int bytesRead = inChannel.read(buf); //read into buffer.
 
經過put方法寫Buffer的例子：
buf.put(127);
 
put方法有不少版本，容許你以不一樣的方式把數據寫入到Buffer中。例如， 寫到一個指定的位置，或者把一個字節數組寫入到Buffer。 更多Buffer實現的細節參考JavaDoc。
flip()方法
flip方法將Buffer從寫模式切換到讀模式。調用flip()方法會將position設回0，並將limit設置成以前position的值。

換句話說，position如今用於標記讀的位置，limit表示以前寫進了多少個byte、char等 ——如今能讀取多少個byte、char等。

從Buffer中讀取數據
從Buffer中讀取數據有兩種方式：

從Buffer讀取數據到Channel。
使用get()方法從Buffer中讀取數據。
從Buffer讀取數據到Channel的例子：
//read from buffer into channel.
int bytesWritten = inChannel.write(buf);
 
使用get()方法從Buffer中讀取數據的例子
byte aByte = buf.get();
get方法有不少版本，容許你以不一樣的方式從Buffer中讀取數據。例如，從指定position讀取，或者從Buffer中讀取數據到字節數組。更多Buffer實現的細節參考JavaDoc。

rewind()方法
Buffer.rewind()將position設回0，因此你能夠重讀Buffer中的全部數據。limit保持不變，仍然表示能從Buffer中讀取多少個元素（byte、char等）。

clear()與compact()方法
一旦讀完Buffer中的數據，須要讓Buffer準備好再次被寫入。能夠經過clear()或compact()方法來完成。

若是調用的是clear()方法，position將被設回0，limit被設置成capacity的值。換句話說，Buffer 被清空了。Buffer中的數據並未清除，只是這些標記告訴咱們能夠從哪裏開始往Buffer裏寫數據。

若是Buffer中有一些未讀的數據，調用clear()方法，數據將「被遺忘」，意味着再也不有任何標記會告訴你哪些數據被讀過，哪些尚未。

 

若是Buffer中仍有未讀的數據，且後續還須要這些數據，可是此時想要先先寫些數據，那麼使用compact()方法。

compact()方法將全部未讀的數據拷貝到Buffer起始處。而後將position設到最後一個未讀元素正後面。limit屬性依然像clear()方法同樣，設置成capacity。如今Buffer準備好寫數據了，可是不會覆蓋未讀的數據。

mark()與reset()方法
經過調用Buffer.mark()方法，能夠標記Buffer中的一個特定position。以後能夠經過調用Buffer.reset()方法恢復到這個position。例如：

buffer.mark();
 
//call buffer.get() a couple of times, e.g. during parsing.
 
buffer.reset();  //set position back to mark.
 
equals()與compareTo()方法
可使用equals()和compareTo()方法比較兩個Buffer。

equals()

當知足下列條件時，表示兩個Buffer相等：

有相同的類型（byte、char、int等）。
Buffer中剩餘的byte、char等的個數相等。
Buffer中全部剩餘的byte、char等都相同。
如你所見，equals只是比較Buffer的一部分，不是每個在它裏面的元素都比較。實際上，它只比較Buffer中的position到limit之間的剩餘元素。

compareTo()

compareTo()方法比較兩個Buffer的剩餘元素(byte、char等)， 若是知足下列條件，則認爲一個Buffer「小於」另外一個Buffer：

第一個不相等的元素小於另外一個Buffer中對應的元素 。
全部元素都相等，但第一個Buffer比另外一個先耗盡(第一個Buffer的元素個數比另外一個少)。
 

scatter/gather
scatter/gather用於描述從Channel中讀取或者寫入到Channel的操做。

分散（scatter）讀取Channel，是指在讀操做時將讀取的數據寫入多個buffer中。所以，Channel將從Channel中讀取的數據「分散（scatter）」到多個Buffer中。
彙集（gather）寫入Channel，是指在寫操做時將多個buffer的數據寫入同一個Channel，所以，Channel 將多個Buffer中的數據「彙集（gather）」後發送到Channel。
適用場景：

scatter / gather常常用於須要將傳輸的數據分開處理的場合，例如傳輸一個由消息頭和消息體組成的消息，你可能會將消息體和消息頭分散到不一樣的buffer中，這樣你能夠方便的處理消息頭和消息體。
Scattering Reads
Scattering Reads是指數據從一個channel讀取到多個buffer中。

Java NIO: Scattering Read

代碼示例以下：

ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(128);
ByteBuffer body   = ByteBuffer.allocate(1024);
 
ByteBuffer[] bufferArray = { header, body };
 
channel.read(bufferArray);
 
注意buffer首先被插入到數組，而後再將數組做爲channel.read() 的輸入參數。read()方法按照buffer在數組中的順序將從channel中讀取的數據寫入到buffer，當一個buffer被寫滿後，channel緊接着向另外一個buffer中寫。
Scattering Reads在移動下一個buffer前，必須填滿當前的buffer，這也意味着它不適用於動態消息(譯者注：消息大小不固定)。換句話說，若是存在消息頭和消息體，消息頭必須完成填充（例如 128byte），Scattering Reads才能正常工做。

Gathering Writes
Gathering Writes是指數據從多個buffer寫入到同一個channel。

Java NIO: Gathering Write

代碼示例以下：

ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(128);
ByteBuffer body   = ByteBuffer.allocate(1024);
 
//write data into buffers
 
ByteBuffer[] bufferArray = { header, body };
 
channel.write(bufferArray);
 
buffers數組是write()方法的入參，write()方法會按照buffer在數組中的順序，將數據寫入到channel，注意只有 position和limit之間的數據纔會被寫入。所以，若是一個buffer的容量爲128byte，可是僅僅包含58byte的數據，那麼這 58byte的數據將被寫入到channel中。所以與Scattering Reads相反，Gathering Writes能較好的處理動態消息。
 
Channel間的數據傳輸
在Java NIO中，若是兩個通道中有一個是FileChannel，那你能夠直接將數據從一個channel傳輸到另一個channel。

transferFrom()
FileChannel的transferFrom()方法能夠將數據從源通道傳輸到FileChannel中（譯者注：這個方法在JDK文檔中的解釋爲將字節從給定的可讀取字節通道傳輸到此通道的文件中）。下面是一個簡單的例子：

RandomAccessFile fromFile = new RandomAccessFile("fromFile.txt","rw");
FileChannel      fromChannel = fromFile.getChannel();
 
RandomAccessFile toFile = new RandomAccessFile("toFile.txt","rw");
FileChannel      toChannel = toFile.getChannel();
 
long position = 0;
long count = fromChannel.size();
 
toChannel.transferFrom(position, count, fromChannel);
 
方法的輸入參數position表示從position處開始向目標文件寫入數據，count表示最多傳輸的字節數。若是源通道的剩餘空間小於 count 個字節，則所傳輸的字節數要小於請求的字節數。

此外要注意，在SoketChannel的實現中，SocketChannel只會傳輸此刻準備好的數據（可能不足count字節）。所以，SocketChannel可能不會將請求的全部數據(count個字節)所有傳輸到FileChannel中。

transferTo()
transferTo()方法將數據從FileChannel傳輸到其餘的channel中。下面是一個簡單的例子：

RandomAccessFile fromFile = new RandomAccessFile("fromFile.txt","rw");
FileChannel      fromChannel = fromFile.getChannel();
 
RandomAccessFile toFile = new RandomAccessFile("toFile.txt","rw");
FileChannel      toChannel = toFile.getChannel();
 
long position = 0;
long count = fromChannel.size();
 
fromChannel.transferTo(position, count, toChannel);
 
是否是發現這個例子和前面那個例子特別類似？除了調用方法的FileChannel對象不同外，其餘的都同樣。
上面所說的關於SocketChannel的問題在transferTo()方法中一樣存在。SocketChannel會一直傳輸數據直到目標buffer被填滿。