Java基础-NIO（2）Channel

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Channel是什么

Java NIO中的所有I/O操作都基于Channel对象，就像流操作都要基于Stream对象一样，因此很有必要先了解Channel是什么。以下内容摘自JDK 1.8的文档。

A channel represents an open connection to an entity such as a hardware device, a file, a network socket, or a program component that is capable of performing one or more distinct I/O operations, for example reading or writing.

从上述内容可知，一个Channel（通道）代表和某一实体的连接，这个实体可以是文件、网络套接字等。也就是说，Channel是Java NIO提供的一座桥梁，用于我们的程序和操作系统底层I/O服务进行交互。这和传统IO中的Stream有点类似，并且Channel根据不同的I/O操作对应有不同的实现，常用的有如下几个：

  • FileChannel：读写文件
  • DatagramChannel: UDP协议网络通信
  • SocketChannel：TCP协议网络通信
  • ServerSocketChannel：监听Socket

Channel和Stream相比有如下几个特性：

  1. Channel是双向的，既可以用来进行读操作也可以进行写操作，而Stream是单向的（所以分InputStream和OutputStream）。
  2. Channel本身并不能访问数据，因为它只是一个通道，Channel的读和写都需要配和Buffer来操作，可以从Channel里读取数据到Buffer中，也可以把Buffer中的数据写入Channel。
  3. Channel可以异步地读写。

Channel的使用

获取通道有如下三种方式：

  1. 对支持通道的对象调用getChannel() 方法。
    支持通道的类如下：
    本地 IO：

    `FileInputStream`/`FileOutputStream`
`RandomAccessFile`

    网络IO：

    `Socket`
`ServerSocket`
`DatagramSocket`

  2. 在 JDK 1.7 中的 NIO.2 针对各个通道提供了静态方法open()打开并返回指定通道。

  3. 在 JDK 1.7 中的 NIO.2 的 Files 工具类的静态方法newByteChannel()可以创建FileChannel实例。

如下是FileChannel的使用示例代码：

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public class FileChannalTest {

    //利用通道完成文件的复制（非直接缓冲区）
    @Test
    public void test1() {

        FileInputStream fis = null;
        FileOutputStream fos = null;
        FileChannel inChannel = null;
        FileChannel outChannel = null;
        try {
            fis = new FileInputStream("C:/Users/liaosi/Desktop/1.jpg");
            fos = new FileOutputStream("C:/Users/liaosi/Desktop/2.jpg");

            //获取通道
            inChannel = fis.getChannel();
            outChannel = fos.getChannel();

            //分配指定大小的缓冲区
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
            //将通道中的数据读取写到缓冲区中
            while (inChannel.read(buffer) != 1) {
                //切换缓冲区为读模式
                buffer.flip();
                //将缓冲区中的数据写入通道中
                outChannel.write(buffer);
                //清空缓冲区
                buffer.clear();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                if (inChannel != null) {
                    inChannel.close();
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            try {
                if (outChannel != null) {
                    outChannel.close();
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            try {
                if (fis != null) {
                    fis.close();
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            try {
                if (fos != null) {
                    fos.close();
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    //通道之间直接传输数据（直接缓冲区）
    @Test
    public void test3() throws IOException {
        FileChannel inChannel = FileChannel.open(Paths.get("C:/Users/liaosi/Desktop/1.jpg"), StandardOpenOption.READ);
        FileChannel outChannel = FileChannel.open(Paths.get("C:/Users/liaosi/Desktop/4.jpg"), StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.CREATE);

        //数据从一个通道传输到另外一个通道
        inChannel.transferTo(0, inChannel.size(), outChannel);

        inChannel.close();
        outChannel.close();

    }

}

SocketChannel

SocketChannel是一个连接到TCP网络套接字的通道。可以通过以下2种方式创建SocketChannel：

  • 调用SocketChannel的open()方法。
  • ServerSocketChannel接受到一个连接后，会创建一个SocketChannel。

连接socket

SocketChannel可以通过configureBlocking方法设置为阻塞和非阻塞两种方式，默认是阻塞的。
SocketChannel通过connect方法连接到一个socket，如果是阻塞的SocketChannel，connect方法会一直阻塞直到连接建立或者发生IO异常，如果是非阻塞的SocketChannel，这个方法会立即返回，如果连接已经成功建立则返回true，否则返回false，后续可以再调用finishConnect()来完成连接操作。

建立连接之后，SocketChannel可以通过write向Buffer中写入数据，通过read方法从 Buffer 中读取数据，read()方法返回的int值表示读了多少字节进Buffer里。如果返回的是-1，表示已经读到了末尾。

ServerSocketChannel

前面的SocketChannel是可以主动发起连接到socket的通道，ServerSocketChannel则是用来监听到socket的连接和接收连接的通道。
ServerSocketChannel可以被无参的open()方法创建。但是改方法只是创建了一个ServerSocketChannel对象，并没有进行绑定操作，仍需要调用bind()方法进行绑定，使之监听指定端口上的套接字。未进行绑定的ServerSocketChannel调用accept()，将会抛出NotYetBoundException异常。

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//1.创建ServerSocketChannel
ServerSocketChannel channel = ServerSocketChannel.open(); 

//2.绑定到本机网络接口
channel.bind(new InetSocketAddress(8091));

//3.SocketChannel socketChannel = channel.accept();
SocketChannel socketChannel = channel.accept();

accept方法返回SocketChannel套接字通道，用于读取请求数据和写入响应数据。ServerSocketChannel可以通过configureBlocking方法设置成阻塞或非阻塞状态，ServerSocketChannel的阻塞和非阻塞体现在：

  • 阻塞模式：在调用accept方法后，将阻塞直到有新的socket连接时返回SocketChannel对象，代表新建立的套接字通道。
  • 非阻塞模式：在调用accept方法后，如果无连接建立，则返回null；如果有连接，则返回SocketChannel。

起始Java NIO中Channel最大的用处是在网络端，特别是服务端，可以通过非阻塞的方式增加应用程序的并发量，ServerSocketChannel一般会配合Selector使用以获取更好的并发性能，具体的使用方式在Selector那一节中再做介绍。

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