Java NIO学习系列二：Channel

　　上文总结了Java NIO中的Buffer相关知识点，本文中咱们来总结一下它的好兄弟：Channel。上文有说到，Java NIO中的Buffer通常和Channel配对使用，NIO中的全部IO都起始于一个Channel，一个Channel就至关于一个流，，能够从Channel中读取数据到Buffer，或者写数据到Channel中。

　　Channel简介

　　FileChannel

　　SocketChannel

　　ServerSocketChannel

　　DatagramChannel

　　总结

 

1. Channel简介

　　Java NIO中的Channel相似流，可是有一些不一样：

• Channel既能够支持写也能够支持读，而流则是单向的，只能支持写或者读；
• Channel支持异步读写；
• Channel通常和Buffer配套使用，从Channel中读取数据到Buffer中，或从Buffer写入到Channel中；

　　Channel的主要实现类有以下几种：

• FileChannel，能够对文件读/写数据；
• DatagramChannel，经过UDP从网络读/写数据；
• SocketChannel，经过TCP从网络读/写数据；
• ServerSocketChannel，容许你监听TCP链接，对于每一个TCP链接都建立一个SocketChannel；

 

2. FileChannel

　　Java NIO FileChannel是一类文件相连的channel，经过它能够从文件读取数据，或向文件写数据。FileChannel类是Java NIO类库提供的用于代替标准Java IO API来读写文件。FileChannel不能设置为非阻塞模式，只能工做在阻塞模式下。

2.1 打开FileChannel

  在使用FileChannel以前先要打开它，就I/O类库中有三个类被修改了，用以产生FileChannel，这三个类是：InputStream、OutputStream、RandomAccessFile，以下是如何从RandomAccessFile获取FileChannel：

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

2.2 从FileChannel读取数据

  首先须要分配一个Buffer，从FileChannel读取的数据会读到Buffer中(是否是有点绕)。而后调用FileChannel的read()方法来读数据，这个方法会把数据读到Buffer中，返回的int表明读取了多少字节，返回-1表明文件末尾。

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

2.3 往FileChannel写数据

  经过调用FileChannel的write()方法能够往其中写数据，参数是一个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); }

　　这里write()方法也没有保证一次写入多少数据，咱们只是不断重复直到写完。

2.4 关闭FileChannel

　　用完FileChannel以后记得要将其关闭：

channel.close();

2.5 FileChannel位置

  调用FileChannel对象的position()方法能够获取其position，也能够调用position(long pos)设置其position：

// 获取position
long pos channel.position();
// 设置position
channel.position(pos +123);

　　若是将position设置到文件末尾后面，而后尝试读取文件，会返回-1；

  若是将position设置到文件末尾后面，而后尝试向文件中写数据，则文件会自动扩展，而且从设置的position位置处开始写数据，这会致使“file hole”，即物理文件会有间隙。

2.6 FileChannel尺寸

  size()方法返回filechannel链接的文件的尺寸大小：

long fileSize = channel.size(); 

2.7 截短FileChannel

  truncate()方法能够截短文件：

channel.truncate(1024);

　　如上，将文件截取为1024字节长度。

2.8 FileChannel Force

  FileChannel.force()方法会刷新全部未写入到磁盘的数据到磁盘上。由于操做系统会先将数据缓存到内存中，再一次性写入磁盘，因此不能保证写到channel中的数据是否写入到磁盘上，因此能够调用flush()方法强制将数据写入磁盘。

  force()方法有一个boolean参数，表明是否要写入文件的元数据(好比权限)：

channel.force(true);

 

3. SocketChannel

　　Java NIO SocketChannel用于和TCP网络socket相连，等同于Java网络包中的Socket。能够经过两种方式来建立一个SocketChannel：

• 打开一个SocketChannel而且将其和网络上的某台服务器相连；
• 当有一个链接到达一个ServerSocketChannel时会自动建立一个SocketChannel；

3.1 打开Socket通道

  以下示例说明了如何打开一个SocketChannel：

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

3.2 关闭Socket通道

  对于这种资源类的使用，是要记得及时关闭的：

socketChannel.close();

3.3 从Socket通道读数据

  调用read()方法能够读取数据：

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

3.4 往Socket通道写数据

  调用其写方法write()能够向其中写数据，使用一个Buffer做为其参数：

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

  能够将SocketChannel设置为非阻塞模式，设置以后能够异步地调用其connect()、read()和write()方法。

connect()

  对于处于非阻塞模式下的SocketChannel，调用其connect()方法以后会当即返回，即便没有成功创建链接。能够调用finishConnect()方法来获知是否成功创建链接：

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

write()

  对于处于非阻塞模式的SocketChannel，调用其write()也会返回，可是可能尚未写入数据。所以你须要在一个循环中调用它，就像前面的例子中看到的那样。

read()

  对于处于非阻塞模式的SocketChannel，调用其read()有可能出现返回int值，可是尚未任何数据读入到buffer中。所以须要关注返回int值，这个能够告诉咱们有多少数据是已经读取的。

非阻塞模式下和Selectors一块儿工做

  非阻塞模式下的SocketChannel适合和Selector一块儿搭配使用。经过往Selector中注册一个或多个SocketChannel，能够经过Selector选择已经就绪的Channel。具体使用稍后会详述。

 

4. ServerSocketChannel

　　Java NIO ServerSocketChannel能够监听TCP链接，就像标准Java网络库中的ServerSocket。

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

4.1 打开ServerSocketChannel

  很简单，调用其open()方法就能够开启一个ServerSocketChannel：

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();

4.2 关闭ServerSocketChannel

serverSocketChannel.close();

4.3 监听链接

  调用其accept()方法以后能够监听链接。在一个新的链接到来以前，都处于阻塞状态，一旦新的链接到来，accept()方法将返回一个和这个链接对应的SocketChannel。

  将其放在一个while循环中就能够不断监听新的链接：

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

　　固然实际中while循环应该使用其余的判断条件而不是true。

4.4 工做在非阻塞模式下

  ServerSocketChannel一样可设置为非阻塞模式，此时调用其accept()会当即返回，若是没有新的链接可能返回null，须要对返回值是否为空进行校验：

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用于发送和接收UDP包。由于UDP是一个无链接协议，不是像其余channel同样进行读写操做，而是经过数据包来交换数据。

5.1 打开DatagramChannel

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

　　这个例子中打开了一个DatagramChannel，能够经过端口9999接收UDP数据包。

5.2 接收数据

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

　　调用DatagramChannel的receive()方法能够将接收到的数据包中的数据复制到指定的Buffer中。若是收到的数据大于Buffer容量，默认将其抛弃。

5.3 发送数据

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));

　　在这个例子中是向“jenkov.com”服务器的80端口发送UDP数据包。由于UDP不保证数据传输，因此也不会知道发送的数据包是否被收到。

5.4 链接到指定地址

　　能够将DatagramChannel“链接”到一个指定的网络地址。由于UDP协议是无链接的，因此经过这种方式建立链接并不会像基于TCP的channel那样建立一个真实的链接。可是，这样能够“锁定”这个DatagramChannel，使得它只能和一个指定的ip地址交换数据。

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

　　在这种状况下(锁定)，也能够像其余Channel那样调用read()和write()方法，只不过不可以保证数据必定可以收到。

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

 

6. 总结

　　本文主要总结了Channel的相关知识，Channel是通道，和Buffer进行交互数据，能够读数据到Buffer中，也能够从Buffer往Channel写数据。Channel主要有下面几种：

• FileChannel
• SocketChannel
• ServerSocketChannel
• DatagramChannel

　　其中FileChannel是和文件交互、SocketChannel和ServerSocketChannel是基于TCP的网络Channel，DatagramChannel是基于UDP的网络Channel。