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Java NIO 學習筆記（四）----文件通道和網絡通道

本文轉載自   查看原文   2018-11-30 22:44   881    Java基礎

目錄：
Java NIO 學習筆記（一）----概述，Channel/Buffer
Java NIO 學習筆記（二）----聚集和分散，通道到通道
Java NIO 學習筆記（三）----Selector
Java NIO 學習筆記（四）----文件通道和網絡通道
Java NIO 學習筆記（五）----路徑、文件和管道 Path/Files/Pipe
Java NIO 學習筆記（六）----異步文件通道 AsynchronousFileChannel
Java NIO 學習筆記（七）----NIO/IO 的對比和總結

FileChannel 文件通道

FileChannel 是連接到文件的通道，可以從文件中讀取數據，並將數據寫入文件，可以替代使用標准 IO 讀寫文件的操作。

注意 FileChannel 無法設置為非阻塞模式。 它始終以阻塞模式運行。

打開 FileChannel

在使用 FileChannel 之前必須先將其打開。 無法直接打開 FileChannel ，必須通過 InputStream，OutputStream 或 RandomAccessFile 獲取 FileChannel 。 以下是通過 RandomAccessFile 打開 FileChannel 的方法：

RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("D:\\test\\input.txt", "rw");
FileChannel inChannel = aFile.getChannel();

從 FileChannel 讀寫數據

這是通過調用 read()/write() 方法之一完成的，讀和寫都是針對一個 ByteBuufer 對象的。
這是一個例子：

// 這里省略 2 個 Channel 的定義...

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);
buffer.clear(); // 清除緩沖區，准備寫入數據

int bytesRead = inChannel.read(buffer); // 將 inChannel 的數據讀入緩沖區

buffer.flip(); // 反轉緩沖區，就是把指針放到開頭，並設置 limit 標記結尾

while(buffer.hasRemaining()) { // 只要緩沖區還有數據
    outChannel.write(buffer); // 就將緩沖區數據寫入通道
}

分配緩沖區后，調用 FileChannel 對象的 read() 方法將 FileChannel 中的數據讀入 Buffer ，返回的 int 代表讀取的字節數。 如果返回 -1，則到達文件結尾。

使用 write() 方法將數據寫入 FileChannel ，該方法同樣將 Buffer 作為參數，注意在 while 循環中調用 write() 方法。 這是因為無法保證 write() 方法寫入 FileChannel 的字節數。 因此，我們重復調用 write() 方法，直到 Buffer 中沒有要寫入通道的字節。

關閉 FileChannel

使用 FileChannel 后，必須將其關閉：

channel.close();

FileChannel Position 指定操作位置

可以調用 position() 方法獲取 FileChannel 對象的當前位置，調用 position(long pos) 方法來設置 FileChannel 的位置，這樣就可以在特定位置開始讀取或寫入 FileChannel 。
一個例子：

// 獲取當前位置
long pos = channel.position();
// 指定通道的位置，0 <= position <= limit
channel.position(pos +123);

如果位置設置在文件結束后面：

  1. 讀取操作將得到 -1 ---- 文件結束標記。
  2. 寫入操作，文件將擴大到指定位置並寫入數據。 這可能導致“文件漏洞”，磁盤上的物理文件數據中存在間隙。（比如開始順序寫入123后，此時 position=3，手動指定 position = 6，寫入4，那此時磁盤物理文件應該是['1', '2', '3', '~', '~', '~', '4']，中間有3個位置是空的）

獲取 FileChannel 的大小信息

FileChannel 對象的 size() 方法返回通道所連接文件的文件大小。 這是一個簡單的例子：

long fileSize = channel.size();

FileChannel Truncate（截斷）

可以通過調用 FileChannel 對象的 truncate() 方法截斷文件。 截斷文件時，會以給定長度將其剪切掉，即指定長度后面部分被刪除。 這是一個例子，將文件長度截斷為 1024 字節：

channel.truncate(1024);

將 FileChannel 數據強制保存到磁盤

FileChannel 對象的 void force(boolean metaData) 方法強制將所有未寫入磁盤的數據從通道刷新到磁盤。 出於性能原因，操作系統可能會將數據緩存在內存中，因此在調用 force() 方法之前，無法保證寫入通道的數據實際寫入磁盤。
boolean 參數指定是否應該刷新文件元數據（權限信息等）到磁盤。

channel.force(true);
channel.force(flase);

SocketChannel 套接字通道

SocketChannel 是連接到 TCP 網絡套接字的通道，相當於 Java 網絡編程的套接字。可以通過兩種方式創建：

  1. 打開 SocketChannel 並連接到 Internet 上的某個服務器，即向服務器發出連接。
  2. 當傳入連接到達 ServerSocketChannel 時，創建 SocketChannel ，即接收客戶端發來的連接。

打開和關閉 SocketChannel

以下是打開SocketChannel的方法：

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

socketChannel.close();

InetSocketAddress 是 SocketAddress 類的子類，為(IP地址+端口號)類型，也就是端口地址類型，可以使用靜態方法 createUnresolved(String host, int port) 獲取對象，另外也能由構造函數 InetSocketAddress(InetAddress addr, int port) 創建，其中 InetAddress 對象可省略，也可用字符串代替。

通過 SocketChannel 讀寫數據

// 這里省略 2 個 Channel 的定義...

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);
buffer.clear(); // 清除緩沖區，准備寫入數據
int bytesRead = socketChannel.read(buffer); // 將 socketChannel 的數據讀入緩沖區

buffer.flip(); // 反轉緩沖區，就是把指針放到開頭，並設置 limit 標記結尾

while(buffer.hasRemaining()) { // 只要緩沖區還有數據
    channel.write(buffer);// 就將緩沖區數據寫入通道
}

可以看到，基本和 FileChannel 的讀寫方式一致，首先分配緩沖區，然后調用 read() 方法。 此方法將數據從 SocketChannel 讀入 Buffer 。 read() 方法返回的 int 代表寫入了多少字節數據。 如果返回 -1 ，則到達流的末尾（連接已關閉）。調用 SocketChannel 對象的 write(Buffer buffer) 方法則可以將 Buffer 的數據寫入 SocketChannel。

SocketChannel 的非阻塞模式

可以將 SocketChannel 設置為非阻塞模式，可以在異步模式下調用 connect()，read() 和 write() 方法。

connect()

如果 SocketChannel 處於非阻塞模式調用 connect() 方法，則可能會在建立連接之前返回。 要確定是否成功建立了連接，可以調用 finishConnect() 方法，它當且僅當已連接此通道的套接字時才返回 true 。
如下所示：

socketChannel.configureBlocking(false);
socketChannel.connect(new InetSocketAddress("http://baidu.com", 80));

while(! socketChannel.finishConnect() ){
    //wait, or do something else...    
}
write()

在非阻塞模式下，write() 方法可能在沒有寫入任何內容的情況下返回。 因此，需要在循環中調用 write() 方法。

while(buffer.hasRemaining()) { // 只要緩沖區還有數據
    channel.write(buffer);// 就將緩沖區數據寫入通道
}
read()

在非阻塞模式下，read() 方法可能在沒有讀取任何數據的情況下返回。 因此，需要注意返回的 int ，它代表讀取了多少字節。

帶有選擇器的非阻塞模式

使用 Selector 時，SocketChannel 的非阻塞模式效果更好。 通過使用選擇器注冊一個或多個 SocketChannel ，可以向選擇器詢問已准備好進行讀取，寫入的通道。后面會有更詳細的提起，這里先不講。

ServerSocketChannel

ServerSocketChannel 是一個可以偵聽傳入 TCP 連接的通道，就像標准 ServerSocket 一樣。 這是一個例子：

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));

while (true) {
    SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept(); // 監聽傳入的連接
    //do something with socketChannel...
}

serverSocketChannel.close();

ServerSocketChannel 可以設置為非阻塞模式。 在非阻塞模式下，accept() 方法調用后會立即返回，如果有連接傳入，則返回 SocketChannel 對象，如果沒有連接傳入，則返回 null。 因此，必須檢查返回的 SocketChannel 是否為空。如下：

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));
serverSocketChannel.configureBlocking(false);

while (true) {
    SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept(); // 監聽傳入的連接
     if(socketChannel != null){
        //do something with socketChannel...
        }
}

DatagramChannel 數據包通道

DatagramChannel 是可以發送和接收 UDP 數據包的通道。 由於 UDP 是一種無連接的網絡協議，因此不能像在其他通道中那樣讀取和寫入 DatagramChannel 。 而是通過發送和接收數據包的方式通信。

接收數據

DatagramChannel 是通過 receive() 方法接收數據的。 receive() 方法將接收到的數據包的內容復制到給定的 Buffer 中。 如果接收的數據包包含的數據多於緩沖區可以包含的數據，則會悄悄丟棄多出的數據。一個示例如下：

ByteBuffer receiveBuffer = ByteBuffer.allocate(128);
DatagramChannel serverChannel = DatagramChannel.open();
serverChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));

receiveBuffer.clear(); // 清除緩沖區，准備寫入數據
serverChannel.receive(receiveBuffer);

receiveBuffer.flip(); // 反轉緩沖區以准備被讀取
System.out.println(new String(receiveBuffer.array(), 0, receiveBuffer.limit()));

發送數據

ByteBuffer sendBuffer = ByteBuffer.allocate(128);
sendBuffer.clear(); // 清除緩沖區，准備寫入數據
byte[] sendData = "string from cilent".getBytes();
sendBuffer.put(sendData);

DatagramChannel clientChannel = DatagramChannel.open();
int sendSuccess = clientChannel.send(sendBuffer, new InetSocketAddress("127.0.0.1", 9999));
System.out.println("sendSuccess: " + sendSuccess);
clientChannel.close();

此示例將字符串發送到 UDP 本機的 9999 端口， 由於 UDP 不對數據傳送做出任何保證，因此不會通知對方是否收到了發送的數據包。

連接到特定地址

可以將 DatagramChannel“連接”到網絡上的特定地址。 由於 UDP 是無連接的，因此這種連接到地址的方式不會像 TCP 通道那樣創建真正的連接。 它只會鎖定 DatagramChannel ，讓其只能從一個特定地址發送和接收數據包。一個示例：

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

連接后，還可以使用 read() 和 write() 方法，就像使用傳統通道一樣，只是在數據傳送方面沒有任何保證。 例子：

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


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