NIO之通道(Channel)的原理与获取以及数据传输与内存映射文件

通道（Channel）

　　由java.nio.channels包定义的，Channel表示IO源与目标打开的连接，Channel类似于传统的“流”，只不过Channel本身不能直接访问数据，Channel只能与Buffer进行交互。通道主要用于传输数据，从缓冲区的一侧传到另一侧的实体（如文件、套接字...），反之亦然；通道是访问IO服务的导管，通过通道，我们可以以最小的开销来访问操作系统的I/O服务；顺便说下，缓冲区是通道内部发送数据和接收数据的端点。

　　在标准的IO当中，都是基于字节流/字符流进行操作的，而在NIO中则是是基于Channel和Buffer进行操作，其中的Channel的虽然模拟了流的概念，实则大不相同。

区别	Stream	Channel
支持异步	不支持	支持
是否可双向传输数据	不能，只能单向	可以，既可以从通道读取数据，也可以向通道写入数据
是否结合Buffer使用	不	必须结合Buffer使用
性能	较低	较高

传统与革新

传统的数据流：

CPU处理IO，性能损耗太大

改为：

内存和IO接口之间加了 DMA(直接存储器)，DMA向CPU申请权限，IO的操作全部由DMA管理。CPU不要干预。

若有大量的IO请求，会造成DMA的走线过多，则也会影响性能。

则改DMA为Channel，Channel为完全独立的单元，不需要向CPU申请权限，专门用于IO。

早一代IO操作是由CPU负责IO接口

新一代DMA授权处理IO接口

通道（Channel）模式

Channel的实现类

java.nio.channels.Channel 接口：
|-- FileChannel
|-- SocketChannel
|-- ServerSocketChannel
|-- DatagramChannel

获取通道Channel

1.Java针对支持通道的类提供了getChannel()方法

本地IO

FileInputStream/FileOutputStream
RandomAccessFile

网络IO

Socket
ServerSocket
DatagramSocket

2.在jdk1.7中的NIO.2针对各个通道提供了静态方法open()

如

FileChannel.open(Paths.get("d:\xxx.jpg"), StandardOpenOption.READ);

3.在jdk1.7中的NIO.2的Files工具类的newByteChannel()

如

Files.newByteChannel(filePath)

通道之间的数据传输

transferFrom()
transferTo()

StandardOpenOption介绍

在打开文件通道时可以选择的选项有很多，其中最常见的是读取和写入模式的选择，分别通过java.nio.file.StandardOpenOption枚举类型中的READ和WRITE来声明。

CREATE表示当目标文件不存在时，需要创建一个新文件；
CREATE_NEW同样会创建新文件，区别在于如果文件已经存在，则会产生错误；
APPEND表示对文件的写入操作总是发生在文件的末尾处，即在文件的末尾添加新内容；
当声明了TRUNCATE_EXISTING选项时，如果文件已经存在，那么它的内容将被清空；
DELETE_ON_CLOSE用在需要创建临时文件的时候，声明了这个选项之后，当文件通道关闭时，Java虚拟机会尽力尝试去删除这个文件。

代码示例

  1 package com.expgiga.NIO;
  2 
  3 import java.io.FileInputStream;
  4 import java.io.FileOutputStream;
  5 import java.io.IOException;
  6 import java.nio.ByteBuffer;
  7 import java.nio.MappedByteBuffer;
  8 import java.nio.channels.FileChannel;
  9 import java.nio.file.Paths;
 10 import java.nio.file.StandardOpenOption;
 11 
 12 /**
 13  * Channel:用于源节点与目标节点之间的连接。在Java NIO中，负责缓冲区中数据传输，Channel本身不存储数据，因此需要配合缓冲区进行传输。
 14  *
 40  *
 41  */
 42 public class TestChannel {
 43 
 44     public static void main(String[] args) throws IOException {
 45 
 46         /*
 47          * 1.利用通道完成文件的复制（非直接缓冲区）
 48          */
 49         FileInputStream fis = null;
 50         FileOutputStream fos = null;
 51 
 52         FileChannel inChannel = null;
 53         FileChannel outChannel = null;
 54 
 55         try {
 56             fis = new FileInputStream("1.jpg");
 57             fos = new FileOutputStream("2.jpg");
 58             //1.获取通道
 59             inChannel = fis.getChannel();
 60             outChannel = fos.getChannel();
 61 
 62             //2.分配指定大小的缓冲区
 63             ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
 64 
 65             //3.将通道中的数据缓冲区中
 66             while (inChannel.read(buffer) != -1) {
 67 
 68                 buffer.flip();//切换成都数据模式
 69 
 70                 //4.将缓冲区中的数据写入通道中
 71                 outChannel.write(buffer);
 72                 buffer.clear();//清空缓冲区
 73             }
 74         } catch (Exception e) {
 75             e.printStackTrace();
 76         } finally {
 77             if (outChannel != null) {
 78                 try {
 79                     outChannel.close();
 80                 } catch (IOException e) {
 81                     e.printStackTrace();
 82                 }
 83             }
 84 
 85             if (inChannel != null) {
 86                 try {
 87                     inChannel.close();
 88                 } catch (IOException e) {
 89                     e.printStackTrace();
 90                 }
 91             }
 92 
 93             if (fis != null) {
 94                 try {
 95                     fis.close();
 96                 } catch (IOException e) {
 97                     e.printStackTrace();
 98                 }
 99             }
100 
101             if (fos != null) {
102                 try {
103                     fos.close();
104                 } catch (IOException e) {
105                     e.printStackTrace();
106                 }
107             }
108         }
109 
110 
111         /*
112          * 2.利用（直接缓冲区）通道完成文件的复制(内存映射文件的方式)
113          */
114 　　　　　　
115         long start = System.currentTimeMillis();
116         FileChannel inChannel2 = FileChannel.open(Paths.get("1.jpg"), StandardOpenOption.READ);
117         FileChannel outChannel2 = FileChannel.open(Paths.get("3.jpg"), StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.READ, StandardOpenOption.CREATE);
118 
119         //内存映射文件
120         MappedByteBuffer inMappedBuf = inChannel2.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, inChannel.size());
121         MappedByteBuffer outMappedBuf = outChannel2.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, inChannel.size());
122 
123         //直接对缓冲区进行数据读写操作
124         byte[] dst = new byte[inMappedBuf.limit()];
125         inMappedBuf.get(dst);
126         outMappedBuf.put(dst);
127 
128         inChannel2.close();
129         outChannel2.close();
130 
131         long end = System.currentTimeMillis();
132         System.out.println("耗费的时间为：" + (end - start));
133 
134         /*
135          * 通道之间的数据传输（直接缓冲区）
136          */
137         FileChannel inChannel3 = FileChannel.open(Paths.get("1.jpg"), StandardOpenOption.READ);
138         FileChannel outChannel3 = FileChannel.open(Paths.get("3.jpg"), StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.READ, StandardOpenOption.CREATE);
139 
140         inChannel3.transferTo(0, inChannel3.size(), outChannel3);
141         //等价于
142 //        outChannel3.transferFrom(inChannel3, 0, inChannel3.size());
143 
144         inChannel3.close();
145         outChannel3.close();
146     }
147 }

结果比较

我复制的文件大小为312MB

io time:2685
nio channel time:1129
nio buffer time:601

说明nio操作缓冲区是最快的。