Java NIO理解（二）Channel

Channel就是一个通道，用于传输数据，两端分别是缓冲区和实体（文件或者套接字），通道的特点（也是NIO的特点）：通道中的数据总是要先读到一个缓冲区，或者总是要从一个缓冲区中读入。

Channel的分类

1) FileChannel：从文件中读写数据

2) SocketChannel：通过TCP协议读写网络中的数据

3) ServerSocketChannel：在服务器端可以监听新进来的TCP连接，像WEB服务器那样，对每一个新进来的请求创建一个SocketChannel

4) DatagramChannel：通过UDP协议读写网络中的数据

上面众多的分类，是对应了不同的实体，这些通道包括了文件IO、TCP和UDP网络IO。

下面来看看Channel的源码：

public interface Channel extends Closeable {

    public boolean isOpen();

    public void close() throws IOException;

}

从这里我们可以看到，Channel接口只提供了关闭通道和检测通道是否打开这两个方法，剩下方法的都是由子接口和实现类来定义提供。

    

我们选择其中几个来看看这些接口的源码：

public interface WritableByteChannel
    extends Channel
{

    public int write(ByteBuffer src) throws IOException;

}

public interface ReadableByteChannel extends Channel 
{

    public int read(ByteBuffer dst) throws IOException;

}

public interface ByteChannel
    extends ReadableByteChannel, WritableByteChannel
{

}

前面我提到过：通道可以只读、只写或者同时读写，因为Channel类可以只实现只读接口ReadableByteChannel或者只实现只写接口WritableByteChannel，而我们常用的Channel类FileChannel、SocketChannel、DatagramChannel是双向通信的， 因为实现了ByteChannel接口。

Channel的获取

IO在广义上可以分为：文件IO和网络IO。文件IO对应的通道为FileChannel，而网络IO对应的通道则有三个：SocketChannel、ServerSoketChannel和DatagramChannel。

一、文件通道

FileChannel对象不能直接创建，只能通过FileInputStream、OutputStream、RandomAccessFile对象的getChannel()来获取，如：

FileInputStream fis = new FileInputStream("c:/in.txt");
FileChannel fic = fis.getChannel();

 FileChannel无法设置为非阻塞模式，它总是运行在阻塞模式下。

1）使用通道读取文件

public class NIOFileReadTest
{
    public static void main(String[] args) throws IOException
    {
        RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile("D:/in.txt","rw");
        FileChannel fis = raf.getChannel();
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        fis.read(buffer);
        buffer.flip();
        while(buffer.hasRemaining())
        {
            System.out.print((char)buffer.get());
        }
        buffer.clear();
        fis.close();
    }
}

执行结果：

FileChannel
ByteBuffer
SelectorPicked

2）使用通道写入文件

public class NIOFileWriteTest
{
    public static void main(String[] args) throws Exception
    {
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream("d:/out.txt");
        FileChannel fc = fos.getChannel();
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
        buffer.clear();
        String str = "Channel";
        buffer.put(str.getBytes());
        buffer.flip();
        while(buffer.hasRemaining())
        {
            fc.write(buffer);
        }
        fc.close();
        fos.close();
    }
}

在这里总是要记住channel是要关闭的。

ByteBuffer中的方法我在下一章再详细介绍，这里只要注意这点即可：通道只能使用ByteBuffer，不管是读还是写，通道都要对接缓冲区。

3）通道的常用方法

position();返回通道的文件位置

position(long newPosition):设置通道的文件位置

将上面读文件的程序修改下，来观察这几个方法：

public class NIOFileReadTest
{
    public static void main(String[] args) throws IOException
    {
        RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile("D:/in.txt","rw");
        FileChannel fis = raf.getChannel();
        System.out.println("此通道文件的总长度:" +fis.size());
        //当前通道的文件位置
        long position = fis.position();
        System.out.println("通道当前的位置:" + position);
        //设置新的通道文件位置，从这个位置开始读取
        fis.position(position + 8);
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(50);
        fis.read(buffer);
        buffer.flip();
        while(buffer.hasRemaining())
        {
            System.out.print((char)buffer.get());
        }
        buffer.clear();
        fis.close();
    }
}

执行结果：

此通道文件的总长度:33
通道当前的位置:0
nel
ByteBuffer
Selector

FileChannel是线程安全的，可以多个线程在同一个实例上并发操作，但是其中有些方法（改变文件通道位置或者文件大小的方法）必须是单线程操作。

二、网络通道

 SocketChannel是一个连接到TCP套接字的通道，获取的方式有两种：

1、打开一个SocketChannel并连接到互联网上某台服务器。

2、一个新连接到达ServerSocketChannel时，会创建一个SocketChannel。

上面这两种模式跟IO的Socket、ServerSocket类似，下面分别来看看客户端和服务器端：

一、SocketChannel

从通道中读取数据

public class SocketChannelTest
{
    public static void main(String[] args) throws Exception
    {
        //获取socket通道
        SocketChannel sc = SocketChannel.open();
        //设置为非阻塞模式
        sc.configureBlocking(false);
        //建立连接，非阻塞模式下，该方法可能在连接建立之前就返回了
        sc.connect(new InetSocketAddress("wap.cmread.com",80));
        //判断连接是否建立
        while(!sc.finishConnect())
        {
            System.out.println("连接未建立");
            Thread.sleep(5);
        }
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);
        int byteRead = sc.read(buffer);
        System.out.println(byteRead);
        sc.close();
        buffer.clear();  
    }
}

执行结果；

连接未建立
连接未建立
0

1、第6、7行是获取一个socket通道，并且设置为非阻塞模式。

2、由于是非阻塞模式，通道在调用方法connect/read/writer这三个方法时，会出现这些情况：连接未建立，connect方法就返回了；尚未读取任何数据时，read方法就返回；尚未写出任何内容时，writer就返回。

3、在12行的循环代码中，是判断连接是否建立，从执行结果来看，循环执行了两次连接才建立（在循环里线程还有休眠）。

4、由于只是建立了连接，通道里面其实没有任何的数据。

5、第18行调用read方法，由于是非阻塞模式，所以在并未读取任何数据的情况下就返回0（尽管通道里面没有数据）。

将数据写入通道

public class SocketChannelTest
{
    public static void main(String[] args) throws Exception
    {
        SocketChannel sc = SocketChannel.open();
        String str = "non-blocking socket channel";
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(100);
        buffer.put(str.getBytes());
        buffer.flip();
        while(buffer.hasRemaining())
        {
            sc.write(buffer);
        }
        sc.close();
        buffer.clear();
    }
}

1、SocketChannel.write()方法的调用是在一个while循环中的。Write()方法无法保证能写多少字节到SocketChannel。所以，我们重复调用write()直到Buffer没有要写的字节为止。

二、ServerSocketChannel

ServerSocketChannel是一个可以监听新进来的TCP连接的通道。

public class ServerSocketChannelTest
{
    public static void main(String[] args) throws Exception
    {
        ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
        ssc.socket().bind(new InetSocketAddress(80));
        ssc.configureBlocking(false);
        while(true)
        {
            SocketChannel sc = ssc.accept();
            if(null != sc)
            {
                //do something;
            }
        }
    }
}

1、第5、6、7行，获取一个ServerSocketChannel，并且监听80端口，设置为非阻塞模式。

2、通过accept方法监听新接入进来的连接，这个方法会返回一个包含新进来的连接的SocketChannel（服务器端的通道的获取方式）。如果是阻塞模式，该方法会一直阻塞直到有新的连接进来。如果是非阻塞模式，则accept方法会立刻返回，返回值是null。

3、第11行，是因为在非阻塞模式下，需要检查SocketChannel是否为null。

三、socket通道与socket

ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
ServerSocket socket = ssc.socket();
ServerSocketChannel ssc1 = socket.getChannel();

1、从这代码片段可以大概看到这样一种关系：所有socket通道（SocketChannel/ServerSocketChanne/DatagramSocketChannel）在被实例化之后，都是伴随生成对应的socket对象，就是前面IO章节介绍的java.net类（Socket/ServerSocket/DatagramSocket）。通过通道类的socket方法来获取。

2、java.net类（Socket/ServerSocket/DatagramSocket）现在可以通过getChannel方法来获取对应的通道。前提是这些socket对象不是使用传统方式（直接实例化）创建的。否则它就没有关联的socket通道，调用getChannel方法返回总是null。

Java NIO理解（一）概述
Java NIO理解（二）Channel
Java NIO理解（三）Buffer
Java NIO理解（四）Selector