Java NIO學習系列二：Channel

　　上文總結了Java NIO中的Buffer相關知識點，本文中我們來總結一下它的好兄弟：Channel。上文有說到，Java NIO中的Buffer一般和Channel配對使用，NIO中的所有IO都起始於一個Channel，一個Channel就相當於一個流，，可以從Channel中讀取數據到Buffer，或者寫數據到Channel中。

　　Channel簡介

　　FileChannel

　　SocketChannel

　　ServerSocketChannel

　　DatagramChannel

　　總結

 

1. Channel簡介

　　Java NIO中的Channel類似流，但是有一些不同：

• Channel既可以支持寫也可以支持讀，而流則是單向的，只能支持寫或者讀；
• Channel支持異步讀寫；
• Channel一般和Buffer配套使用，從Channel中讀取數據到Buffer中，或從Buffer寫入到Channel中；

　　Channel的主要實現類有如下幾種：

• FileChannel，可以對文件讀/寫數據；
• DatagramChannel，通過UDP從網絡讀/寫數據；
• SocketChannel，通過TCP從網絡讀/寫數據；
• ServerSocketChannel，允許你監聽TCP連接，對於每個TCP連接都創建一個SocketChannel；

 

2. FileChannel

　　Java NIO FileChannel是一類文件相連的channel，通過它可以從文件讀取數據，或向文件寫數據。FileChannel類是Java NIO類庫提供的用於代替標准Java IO API來讀寫文件。FileChannel不能設置為非阻塞模式，只能工作在阻塞模式下。

2.1 打開FileChannel

  在使用FileChannel之前先要打開它，就I/O類庫中有三個類被修改了，用以產生FileChannel，這三個類是：InputStream、OutputStream、RandomAccessFile，如下是如何從RandomAccessFile獲取FileChannel：

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

2.2 從FileChannel讀取數據

  首先需要分配一個Buffer，從FileChannel讀取的數據會讀到Buffer中(是不是有點繞)。然后調用FileChannel的read()方法來讀數據，這個方法會把數據讀到Buffer中，返回的int代表讀取了多少字節，返回-1代表文件末尾。

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

2.3 往FileChannel寫數據

  通過調用FileChannel的write()方法可以往其中寫數據，參數是一個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); }

　　這里write()方法也沒有保證一次寫入多少數據，我們只是不斷重復直到寫完。

2.4 關閉FileChannel

　　用完FileChannel之后記得要將其關閉：

channel.close();

2.5 FileChannel位置

  調用FileChannel對象的position()方法可以獲取其position，也可以調用position(long pos)設置其position：

// 獲取position
long pos channel.position();
// 設置position
channel.position(pos +123);

　　如果將position設置到文件末尾后面，然后嘗試讀取文件，會返回-1；

  如果將position設置到文件末尾后面，然后嘗試向文件中寫數據，則文件會自動擴展，並且從設置的position位置處開始寫數據，這會導致“file hole”，即物理文件會有間隙。

2.6 FileChannel尺寸

  size()方法返回filechannel連接的文件的尺寸大小：

long fileSize = channel.size(); 

2.7 截短FileChannel

  truncate()方法可以截短文件：

channel.truncate(1024);

　　如上，將文件截取為1024字節長度。

2.8 FileChannel Force

  FileChannel.force()方法會刷新所有未寫入到磁盤的數據到磁盤上。因為操作系統會先將數據緩存到內存中，再一次性寫入磁盤，所以不能保證寫到channel中的數據是否寫入到磁盤上，所以可以調用flush()方法強制將數據寫入磁盤。

  force()方法有一個boolean參數，代表是否要寫入文件的元數據(比如權限)：

channel.force(true);

 

3. SocketChannel

　　Java NIO SocketChannel用於和TCP網絡socket相連，等同於Java網絡包中的Socket。可以通過兩種方式來創建一個SocketChannel：

• 打開一個SocketChannel並且將其和網絡上的某台服務器相連；
• 當有一個連接到達一個ServerSocketChannel時會自動創建一個SocketChannel；

3.1 打開Socket通道

  如下示例說明了如何打開一個SocketChannel：

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

3.2 關閉Socket通道

  對於這種資源類的使用，是要記得及時關閉的：

socketChannel.close();

3.3 從Socket通道讀數據

  調用read()方法可以讀取數據：

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

3.4 往Socket通道寫數據

  調用其寫方法write()可以向其中寫數據，使用一個Buffer作為其參數：

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 工作在非阻塞模式下

  可以將SocketChannel設置為非阻塞模式，設置之后可以異步地調用其connect()、read()和write()方法。

connect()

  對於處於非阻塞模式下的SocketChannel，調用其connect()方法之后會立即返回，即使沒有成功建立連接。可以調用finishConnect()方法來獲知是否成功建立連接：

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

write()

  對於處於非阻塞模式的SocketChannel，調用其write()也會返回，但是可能還沒有寫入數據。因此你需要在一個循環中調用它，就像前面的例子中看到的那樣。

read()

  對於處於非阻塞模式的SocketChannel，調用其read()有可能出現返回int值，但是還沒有任何數據讀入到buffer中。因此需要關注返回int值，這個可以告訴我們有多少數據是已經讀取的。

非阻塞模式下和Selectors一起工作

  非阻塞模式下的SocketChannel適合和Selector一起搭配使用。通過往Selector中注冊一個或多個SocketChannel，可以通過Selector選擇已經就緒的Channel。具體使用稍后會詳述。

 

4. ServerSocketChannel

　　Java NIO ServerSocketChannel可以監聽TCP連接，就像標准Java網絡庫中的ServerSocket。

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

4.1 打開ServerSocketChannel

  很簡單，調用其open()方法就可以開啟一個ServerSocketChannel：

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();

4.2 關閉ServerSocketChannel

serverSocketChannel.close();

4.3 監聽連接

  調用其accept()方法之后可以監聽連接。在一個新的連接到來之前，都處於阻塞狀態，一旦新的連接到來，accept()方法將返回一個和這個連接對應的SocketChannel。

  將其放在一個while循環中就可以不斷監聽新的連接：

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

　　當然實際中while循環應該使用其他的判斷條件而不是true。

4.4 工作在非阻塞模式下

  ServerSocketChannel同樣可設置為非阻塞模式，此時調用其accept()會立即返回，如果沒有新的連接可能返回null，需要對返回值是否為空進行校驗：

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用於發送和接收UDP包。因為UDP是一個無連接協議，不是像其他channel一樣進行讀寫操作，而是通過數據包來交換數據。

5.1 打開DatagramChannel

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

　　這個例子中打開了一個DatagramChannel，可以通過端口9999接收UDP數據包。

5.2 接收數據

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

　　調用DatagramChannel的receive()方法可以將接收到的數據包中的數據復制到指定的Buffer中。如果收到的數據大於Buffer容量，默認將其拋棄。

5.3 發送數據

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));

　　在這個例子中是向“jenkov.com”服務器的80端口發送UDP數據包。因為UDP不保證數據傳輸，所以也不會知道發送的數據包是否被收到。

5.4 連接到指定地址

　　可以將DatagramChannel“連接”到一個指定的網絡地址。因為UDP協議是無連接的，所以通過這種方式創建連接並不會像基於TCP的channel那樣創建一個真實的連接。但是，這樣可以“鎖定”這個DatagramChannel，使得它只能和一個指定的ip地址交換數據。

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

　　在這種情況下(鎖定)，也可以像其他Channel那樣調用read()和write()方法，只不過不能夠保證數據一定能夠收到。

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

 

6. 總結

　　本文主要總結了Channel的相關知識，Channel是通道，和Buffer進行交互數據，可以讀數據到Buffer中，也可以從Buffer往Channel寫數據。Channel主要有下面幾種：

• FileChannel
• SocketChannel
• ServerSocketChannel
• DatagramChannel

　　其中FileChannel是和文件交互、SocketChannel和ServerSocketChannel是基於TCP的網絡Channel，DatagramChannel是基於UDP的網絡Channel。