Java NIO之通道

通道

通道

channel用于字节缓冲区和位于通道另一侧的实体（通常是一个文件或套接字）之间有效的传输数据。通道时一种途径，通过这种途径，可以用最小的总开销来访问操作系统本身的IO服务，缓冲区则是通道内部用于发送和接受数据的断点。

通道基础

顶层接口Channel，次级接口WritableByteChannel、ReadableByteChannel、InterruptibleChannel等。描述通道行为的接口在java.nio.channels包中定义，具体的通道实现都是从java.nio.channels.spi中的类引申来的。

通道打开

IO可以分为广义的两大类：File IO和Stream IO，对应File通道和Socket通道。体现在FileChannel类和三个socket通道类：SocketChannel、ServerSocketChannel和DatagramChannel。代码如下：

			//打开SocketChannel
			SocketChannel sc = SocketChannel.open( );
			sc.connect (new InetSocketAddress("somehost", port));
			
			//打开ServerSocketChannel
			ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open( );
			ssc.socket( ).bind (new InetSocketAddress (port));

			DatagramChannel dc = DatagramChannel.open( );

			//FileChannel只能通过 RandomAccessFile、FileInputStream 或 FileOutputStream 对象上调用 getChannel( )方法来获取
			RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile ("somefile", "r");
			FileChannel fc = raf.getChannel( );

通道使用

利用通道，从控制台接收输入，并在控制台打印出接收的输入。代码如下： ```java public static void main(String[] args) throws IOException {

	//一个读通道，一个写通道
	ReadableByteChannel source = Channels.newChannel(System.in);
	WritableByteChannel dest = Channels.newChannel(System.out);

	channelCopy(source,dest);

	source.close();
	dest.close();
}

private static void channelCopy(ReadableByteChannel source, WritableByteChannel dest) throws IOException{

	ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(16 * 1024);
	ByteBuffer flag = ByteBuffer.allocate(4);
	while (source.read(byteBuffer) != -1) {
		byteBuffer.flip();
		//输出标记
		flag.put((byte)'-').put((byte)'-').put((byte)'-').put((byte) '>');
		flag.flip();
		dest.write(flag);
		dest.write(byteBuffer);
		flag.clear();

		byteBuffer.compact();
	}
	byteBuffer.flip();
	//确保缓冲区排干净
	while (byteBuffer.hasRemaining()) {
		flag.putChar('-').putChar('-').putChar('-');
		flag.flip();
		dest.write(byteBuffer);
		flag.clear();
	}

}


测试输入输出如下：

![](https://images2018.cnblogs.com/blog/575312/201805/575312-20180527152125632-1942286997.png)

<h4 id=4><font color=red size=3 face="微软雅黑"> 通道关闭</font></h4>
与缓冲区不同，通道不能重复利用，打开通道即代表与一个特定的IO服务的特定链接并封装该链接的状态，通道关闭时，连接丢失，通道不在连接任何东西。
调用close方法时，可能导致线程暂时阻塞，关闭的通道上调用close方法不会产生任何操作，只会立即返回。可以通过isOpen方法判断通道状态。
如果一个线程被中断，那么这个线程访问的通道将立即关闭，这也是为程序健壮性而采用的一种权衡。

<h4 id=5><font color=red size=3 face="微软雅黑"> Scatter/Gather</font></h4>
在多个缓冲区实现一个简单的IO操作：
对于write，数据是从几个缓冲区按顺序抽取（gather）并沿着通道发送。该gather过程，好比全部缓冲区内容被连接起来，并在发送前存放到一个大的缓冲区。
对于read，从通道读取的数据会被按顺序散布（scatter）到多个缓冲区，将每个缓冲区填满直至通道中的数据或缓冲区的空间被消耗完。
接口定义如下， 其中read和write入参时Buffer数组：
```java
public interface ScatteringByteChannel
    extends ReadableByteChannel
{
    public long read (ByteBuffer [] dsts)
        throws IOException;
    public long read (ByteBuffer [] dsts, int offset, int length)
        throws IOException;
}
public interface GatheringByteChannel
    extends WritableByteChannel
{
    public long write(ByteBuffer[] srcs)
        throws IOException;
    public long write(ByteBuffer[] srcs, int offset, int length)
        throws IOException;
}

文件通道

具体来讲FileChannel，接口如下： ```java public abstract class FileChannel extends AbstractInterruptibleChannel implements SeekableByteChannel, GatheringByteChannel, ScatteringByteChannel ``` FileChannel 对象是线程安全(thread-safe)的. 对于文件IO，最强大之处在于异步IO，它允许一个进程可以从操作系统请求一个或多个IO操作而不必等待这些操作完成。

文件通道代码示例

- 将缓冲区数据，通过文件channel写入文件

	public static void write(String filePath) throws Exception {
		/*写文件，使用FileOutputStream，RandomAccessFile都可以。*/
/*		RandomAccessFile file = new RandomAccessFile(filePath,"rw");*/
		FileOutputStream file = new FileOutputStream(new File(filePath));
		ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(500);
		String str = "hello LK";
		/*数据写入缓冲区*/
		byteBuffer.put(str.getBytes());
		byteBuffer.flip();

		FileChannel fileChannel = file.getChannel();

		//将缓冲区数据写入文件通道
		fileChannel.write(byteBuffer);

		byteBuffer.clear();
		fileChannel.close();
	}

通过文件channel，将文件中的数据读入缓冲区

	public static void read(String filePath) throws Exception {
		FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(new File(filePath));
		/*一个FileChannel对象却只能通过
		在一个打开的RandomAccessFile、FileInputStream或FileOutputStream对象上调用getChannel()方法来获取，
		开发者不能直接创建一个FileChannel*/
		FileChannel fileChannel = fileInputStream.getChannel();

		ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(500);
		//将文件channel读入缓冲区
		fileChannel.read(byteBuffer);

		byteBuffer.flip();

		while (byteBuffer.hasRemaining()){
			System.out.print((char)byteBuffer.get());
		}

		byteBuffer.clear();
		fileChannel.close();
	}

Socket通道

新的Socket通道类可以`运行非阻塞模式，并且是可选择的`。借助新的NIO类，一个或几个线程可以管理成百上千的活动socket连接，并且只有很少的性能顺势。全部 socket 通道类(DatagramChannel、SocketChannel 和 ServerSocketChannel)都是由位于java.nio.channels.spi 包中的` AbstractSelectableChannel `引申而来。 DatagramChannel 和 SocketChannel 实现定义读和写功能的接口而 ServerSocketChannel 不实现。ServerSocketChannel 负责监听传入的连接和创建新的SocketChannel 对象，它本身从不传输数据。

Socket通道代码示例

启动一个ServerSocketChannel，监听8001端口，非阻塞模式。启动10个SocketChannel线程向ServerSocketChannel写数据。 ServerSocketChannel代码如下：

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
		/*非阻塞*/
		serverSocketChannel.configureBlocking(false);
		serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(port));
		System.out.println("ServerSocketChannel is OK，waiting @[" + LocalDateTime.now() + "]");

		for (; ; ) {
			SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
			if (socketChannel == null) {
				Thread.sleep(1000);
				System.out.println("ServerSocketChannel sleep 1000ms.");
				continue;
			}
			String connectIP = socketChannel.socket().getRemoteSocketAddress().toString();
			System.out.println("客户端已有数据到来，客户端ip为:" + connectIP + ", 时间为" + LocalDateTime.now());
			ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
			socketChannel.read(byteBuffer);
			byteBuffer.flip();
			while (byteBuffer.hasRemaining()) {
				System.out.print((char) byteBuffer.get());
			}
			socketChannel.close();
		}
	}

启动10个SocketCHannel代码如下：

private static final int port = 8001;
	public static void main(String[] args) {
		for (int i=0;i<10;i++) {
			new SocketChannelImpl(port,i).start();
		}
	}
	private static class SocketChannelImpl extends Thread {
		private  int count = 0;
		private int port;
		public SocketChannelImpl(int port,int count){
			this.port = port;
			this.count = count;
		}
		@Override
		public void run() {

			try {
				SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
				/*非阻塞*/
				socketChannel.configureBlocking(false);
				socketChannel.connect(new InetSocketAddress(port));

				for (;!socketChannel.finishConnect();) {
					System.out.println("connectting....");
					Thread.sleep(50);
				}
				ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
				String content = "hello, i am client--------->" + count;
				byteBuffer.put(content.getBytes());
				byteBuffer.flip();
				socketChannel.write(byteBuffer);

				byteBuffer.clear();
				socketChannel.close();
			} catch (Exception e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
	}

运行结果如下：

补充下：
ServerSocketChannel监听的是8001端口，你可以在浏览器，输入：http://localhost:8001/helloworld，你会发现你的ServerSocketChannel也是可以收到数据了，这也web服务器处理的基础了。

总结

以上，了解了基本的通道操作，文件通道和socket通道的使用示例，我觉得点个赞，不过分=。= 以上所有代码示例，可以fork这里：[github](https://github.com/lknny/springboot/tree/master/src/main/java/springboot/nio)

谢谢

以上来自天团运营总监：坤少