Java NIO （三）NIO Channel类

1 概述

? ? ? ? 前面提到，Java NIO中一个socket连接使用一个Channel来表示。从更广泛的层面来说，一个通道可以表示一个底层的文件描述符，例如硬件设备、文件、网络连接等。然而，远不止如此，Java NIO的通道可以更加细化。例如，不同的网络传输协议，在Java中都有不同的NIO Channel实现。

? ? ? ? 这里不对Java NIO的全部通道类型进行过多描述，仅着重介绍其中最为重要的四种Channle实现：FileChannel、SocketChannel、ServerSocketChannel、DatagramChannel。

? ? ? ? 对于以上四种通道，说明如下：

? ? ? ? （1）FileChannel：文件通道，用于文件的数据读写。

? ? ? ? （2）SocketChannel：套接字通道，用于套接字TCP连接的数据读写。

? ? ? ? （3）ServerSocketChannel：服务器套接字通道（或服务器监听通道），允许监听TCP连接请求，位每个监听的请求创建一个SocketChannel通道。

? ? ? ? （4）DatagramChannel：数据报通道，用于UDP的数据读写。

? ? ? ? 这四种通道涵盖了文件IO、TCP网络、UDP IO三类基础IO读写操作。

2 FileChannel

????????FileChannel是专门操作文件的通道。通过FileChannel，既可以从一个文件中读取数据，也可以把数据写入文件中。特别申明一下，FileChannel位阻塞模式，不能设置为非阻塞模式。

? ? ? ? 下面分别介绍FileChannel的获取、读取、写入、关闭四个操作。

? ? ? ? 2.1 获取FileChannel

????????

public class Test_FileChannel {
    final static String srcFile = "/Users/jay/Documents/files/nio.txt";
    final static String outFile = "/Users/jay/Documents/files/nio1.txt";
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建一个文件输入流
        FileInputStream fis = new FileInputStream(srcFile);
        //获取文件流的通道
        FileChannel inChannel = fis.getChannel();
        //创建一个文件输出流
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream(outFile);
        //获取文件流的通道
        FileChannel outChannel = fos.getChannel();
        System.out.println(outChannel.size());

    }
}

2.2 读取FileChannle

? ? ? ? 在大部分引应用场景中，从通道读取数据都会调用通道的int read(ByteBuffer buf)方法，它把从通道读取的数据写入?ByteBuffer缓冲区，并且返回读取的数据量。

public class Test_FileChannel {
    final static String srcFile = "/Users/jay/Documents/files/nio.txt";
    final static String outFile = "/Users/jay/Documents/files/nio1.txt";
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        RandomAccessFile rw = new RandomAccessFile(srcFile, "rw");
        //获取通道（可读可写）
        FileChannel channel = rw.getChannel();
        //获取一个字节缓冲区
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(30);
        int length = -1;
        //调用通道read方法，读取数据并写入字节类型的缓冲区
        while((length = channel.read(buffer)) != -1){
            System.out.println(length);
        }

    }
}

2.3 写入FileChannel

? ? ? ? 把数据写入通道，在大部分引用场景中都会调用通道的write(ByteBuffer buf)方法，此方法的参数是一个ByteBuffer缓冲区示例，是待写数据的来源。

? ? ? ? write(ByteBuffer buf)方法的作用是从ByteBuffer缓冲区中读取数据，然后写入通道自身，而返回值是写入成功的字节数。?

public class Test_FileChannel {
    final static String srcFile = "/Users/jay/Documents/files/nio.txt";
    final static String outFile = "/Users/jay/Documents/files/nio1.txt";
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        RandomAccessFile rw = new RandomAccessFile(srcFile, "rw");
        //获取通道（可读可写）
        FileChannel channel = rw.getChannel();
        //获取一个字节缓冲区
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(30);
        int length = -1;
        //调用通道read方法，读取数据并写入字节类型的缓冲区
        while((length = channel.read(buffer)) != -1){
            System.out.println(length);
        }
        buffer.flip();
        int outlength = 0;
        while((outlength = channel.write(buffer)) != 0){
            System.out.println("写入的字节数 = " + outlength);
        }
    }
}

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2.4? 关闭通道

? ? ? ? 当通道使用完后，必须将其关闭。调用close()方法?.

public class Test_FileChannel {
    final static String srcFile = "/Users/jay/Documents/files/nio.txt";
    final static String outFile = "/Users/jay/Documents/files/nio1.txt";
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        RandomAccessFile rw = null;
        FileChannel channel = null;
        try {
             rw = new RandomAccessFile(srcFile, "rw");
            //获取通道（可读可写）
            channel = rw.getChannel();
            //获取一个字节缓冲区
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(30);
            int length = -1;
            //调用通道read方法，读取数据并写入字节类型的缓冲区
            while((length = channel.read(buffer)) != -1){
                System.out.println(length);
            }
            buffer.flip();
            int outlength = 0;
            while((outlength = channel.write(buffer)) != 0){
                System.out.println("写入的字节数 = " + outlength);
            }
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            channel.close();
        }

    }
}

2.5 强制刷新到磁盘

? ? ? ? 在将缓冲区写入通道时，出于性能的原因，操作系统不可能每次都实时地将写入数据保存到硬盘，完成最终的数据保存。在将缓冲区数据写入通道时，要保证数据能写入硬盘，可以在写入后调用FileChannel类的force()方法。channel.force(true)

3 SocketChannel

? ? ? ? 3.1 概述

? ? ? ? 在NIO中，涉及网路连接的通道有两个：一个是SocketChannel，负责连接的数据传输；另一个是ServerSocketChannel，负责连接的监听。其中，NIO中的SocketChannel传输通道与OIO中的Socket类对应，NIO中的ServerSocketChannel监听通道对应于OIO中的ServerSocket类。

???????ServerSocketChannel仅应用于服务端，而?SocketChannel 同时处于服务端和客户端。所以，对于一个链接，两端都有一个负责传输的SocketChannel。

? ? ? ? 无论是ServerSocketChannel 还是?SocketChannel，都支持阻塞和非阻塞两种模式。如何进行模式的设置呢？调用configureBlocking()方法，具体如下：

? ? ? ? （1）socketChannel.configureBlocking(false)：设置为非阻塞模式。

? ? ? ? （2）socketChannel.configureBlocking(true)：设置为阻塞模式。

? ? ? ? 在阻塞模式下，SocketChannel的连接、读写操作都是同步阻塞式的，在效率上与Java OIO面向流的阻塞式读写操作相同。因此，在这里不介绍阻塞模式下通道的具体操作。在非阻塞模式下，通道的操作是异步、高效的，这也是相对于传统的OIO的优势所在。

? ? ? ? 3.2 获取SocketChannel传输通道

【重要通知：本章小节里的代码只是方法演示，不具备运行功能。在介绍完SocketChannel常用的方法后，会举例并成功运行】

? ? ? ? 在客户端，先通过SocketChannel静态方法open()获得一个套接字传输通道，然后将socket设置为非阻塞模式，最后通过connet()实例方法对服务器的IP和端口发起连接。在非阻塞情况下，与服务器的连接可能还没有建立，socketChannel.connect()方法就反悔了，因此需要不断地自旋，检查当前是否连接到主机。

客户端：ClientTest.java

public class ClientTest {
    public static void main(String[] args) {
        //获取一个套接字传输通道
        try {
            SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
            socketChannel.configureBlocking(false);
            socketChannel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1",80));
            while(! socketChannel.finishConnect()){
                System.out.println("连接成功");
            }
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
}

? ? ? ? 在连接建立的事件到来时，服务端的ServerSocketChannel能成功地查询出这个新连接事件，并且通过调用服务端ServerSocketChannel监听套接字的accept()方法来获取新连接的套接字通道。

服务端：ServerTest.java

public class ServerTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //新连接事件到来，首先通过事件获取服务器监听通道
        //key是具体的什么事件，是否为新连接事件-后面会说在，这里理解为一个事件对象
        ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel();
        //获取新连接的套接字通道
        SocketChannel socketChannel = server.accept();
        //设置为非阻塞模式
        socketChannel.configureBlocking(false);
    }
}

【说明】NIO套接字通道主要用于非阻塞的传输场景。

3.3 读取SocketChannel传输通道

? ? ? ? 当SocketChannel传输通道可读时，可以从SocketChannel读取数据，具体方法与前面的文件通道读取方法时相同的。调用read()方法，将数据读入缓冲区ByteBuffer。

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
int byteRead = socketChannel.read(buffer);

? ? ? ? 在读取时，因为是异步的，所以我们必须检查read()的返回值，以便判断当前是否读取了数据。read()方法的返回值是读取的字节数，如果是-1，那么表示读取到对方的输出结束标志，即对方已经输出结束，准备关键连接。实际上，通过read()方法读数据本身是很简单的，比较困难的是在非阻塞模式下如何知道通道何时是可读的。这需要用到NIO的新组件——Selector通道选择器，稍后会介绍它。

3.4 写入SocketChannel传输通道

? ? ? ? 和前面把数据写入FileChannel一样，大部分应用场景都会调用通道的write(ByteBuffer buf)方法。

//写入缓冲区前要求ByteBuffer是读模式
buffer.flip();
socketChannel.write(buffer);

3.5 关闭SocketChannel传输通道

? ? ? ? 在关闭SocketChannel传输通道前，如果传输通道用来写入数据，则建议调用一次shutdownOutput()终止输出方法，向对方发送一个输出的结束标志(-1)，然后调用socketChannel.close()方法，关闭套接字连接。

SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
socketChannel.shutdownOutput();
socketChannel.close();

4 DategramChannel?