NIO——Channel接口关系

Channel代表Java和一个IO设备之间交换数据的通道，而Buffer代表装载这些数据的器具。

Channel类有很复杂的接口关系，这篇文章主要介绍Channel类的接口关系。

AutoCloseable和Closeable#

这两个接口和NIO没关系，它们只是代表可关闭的对象。

java.lang.AutoCloseable代表可以被try-with-resource语句自动关闭的对象，它不仅可以是与IO相关的资源，而是可以是各种资源，所以它的close方法抛出Exception。

public interface AutoCloseable {
    void close() throws Exception;
}

java.io.Closeable是AutoCloseable的子接口，它代表一个可关闭的IO资源，所以它的close方法抛出IOException。

public interface Closeable extends AutoCloseable {
    public void close() throws IOException;
}

很显然，Channel作为一种与IO操作相关的连接，它实现了Closeable。

Channel#

/**
 * 一个Channel代表一个打开的，与如一个硬件设备、一个文件、
 * 一个网络套接字或一个具有执行一个或多个指定IO操作的能
 * 力的程序组件的实体的连接。
 *
 * 一个Channel可以是打开的或者关闭的，它一经创建就是打开
 * 的，当它被关闭后就变成关闭状态。一旦一个Channel关闭，
 * 任何尝试对其调用的IO操作都会收到一个ClosedChannelException
 */

public interface Channel extends Closeable {

    public boolean isOpen();

    /*
    * 调用一个已经关闭的channel的close不会有任何效果
    * 当一个线程的close调用未完成，另一个线程也调用close
    * 另一个线程需要阻塞等待之前的线程退出close，并且
    * 第二个线程的调用不会产生任何效果
    */
    public void close() throws IOException;

}

AsynchronousChannel#

这里我只是根据官方文档来解释，因为我也还没学过这个Channel，所以理解上可能有偏差，欢迎指出~

一种支持异步IO操作的通道，它实现了Channel，所以准确的说，它是一种异步可关闭的通道，Channel的所有子类都是可关闭的。

如果一个IO操作正在进行，并且有人调用了AsynchronousChannel的close方法，这个IO操作就会失败并抛出AsynchronousCloseException。

AsynchronousChannel是多线程并发安全的，一些Channel实现可能支持并发读写，但是不允许一个以上read或一个以上write操作同时发生。（即一个read未完成不允许进行另一个read）

通常，它支持下面两种形式的IO操作（基于Future和基于回调）：

取消#

Future接口的cancel方法用来取消任务的执行，这将导致所有等待该IO操作结果的线程抛出java.util.concurrent.CancellationException，但一个任务具体可以取消是依赖于特定的高层实现的，所以在该接口里并没有任何相关的指定。如果取消使通道或它所连接的实体处于不一致状态，则通道将进入特定于实现的错误状态，以防止进一步尝试启动类似于已取消操作的 IO 操作，比如一个读取操作被取消，但这时并不能保证尚未从通道中读取数据，此时Channel应该被转换到一个高层实现指定的错误状态，以防止稍后的类似读取操作发生。

当cancel方法被调用时参数mayInterruptIfRunning为true，那么可以通过关闭通道来打断IO操作，此时所有等待该IO操作结果的线程抛出CancellationException异常，任何其他外部IO操作以AsynchronousCloseException结束。

代码#

public interface AsynchronousChannel
    extends Channel
{
    /**
    * 关闭Channel
    * 任何外部的异步操作以AsynchronousCloseException结束
    * 当Channel关闭后，类似的IO操作尝试将立即由于ClosedChannelException而结束
    *
    */
    @Override
    void close() throws IOException;
}

AsynchronousByteChannel#

支持异步IO操作的，以字节为单位的通道，由于指定了存储，所以提供了具体的read和write方法。

public interface AsynchronousByteChannel
    extends AsynchronousChannel
{
    <A> void read(ByteBuffer dst,
                  A attachment,
                  CompletionHandler<Integer,? super A> handler);

    Future<Integer> read(ByteBuffer dst);

    <A> void write(ByteBuffer src,
                   A attachment,
                   CompletionHandler<Integer,? super A> handler);

    Future<Integer> write(ByteBuffer src);
}

若一个read之前有一个未完成的read，则抛出ReadPendingException，write也一样，抛出WritePendingException。

ReadableByteChannel#

该通道允许将数据读入到字节缓冲中

public interface ReadableByteChannel extends Channel {

    public int read(ByteBuffer dst) throws IOException;

}

如果一个线程正在一个通道上执行read操作，那么其他线程对该通道的read操作都将阻塞。

ScatteringByteChannel#

这种通道可以将数据读入到多个字节缓冲区中

public interface ScatteringByteChannel
    extends ReadableByteChannel
{

    public long read(ByteBuffer[] dsts, int offset, int length)
        throws IOException;

    public long read(ByteBuffer[] dsts) throws IOException;

}

WritableByteChannel#

这种通道可以将来自字节缓冲的数据写入到通道中

public interface WritableByteChannel
    extends Channel
{

    public int write(ByteBuffer src) throws IOException;

}

如果一个线程正在一个通道上执行write操作，那么其他线程对该通道的write操作都将阻塞。

GatheringByteChannel#

这种通道可以将来自多个字节缓冲的数据写入到通道中

public interface GatheringByteChannel
    extends WritableByteChannel
{

    public long write(ByteBuffer[] srcs, int offset, int length)
        throws IOException;

    public long write(ByteBuffer[] srcs) throws IOException;

}

ByteChannel#

public interface ByteChannel
    extends ReadableByteChannel, WritableByteChannel
{

}

SeekableByteChannel#

这种通道维护一个当前位置，并且允许改变位置。

public interface SeekableByteChannel
    extends ByteChannel
{

    @Override
    int read(ByteBuffer dst) throws IOException;

    @Override
    int write(ByteBuffer src) throws IOException;

    long position() throws IOException;

    SeekableByteChannel position(long newPosition) throws IOException;

    long size() throws IOException;

    SeekableByteChannel truncate(long size) throws IOException;

}

NetworkChannel#

一个连接到网络socket的通道。

public interface NetworkChannel
    extends Channel
{

    NetworkChannel bind(SocketAddress local) throws IOException;

    SocketAddress getLocalAddress() throws IOException;

    <T> NetworkChannel setOption(SocketOption<T> name, T value) throws IOException;

    <T> T getOption(SocketOption<T> name) throws IOException;

    Set<SocketOption<?>> supportedOptions();

}

MulticastChannel#

一种用于支持IP多播的通道。

public interface MulticastChannel
    extends NetworkChannel
{

    @Override void close() throws IOException;

    MembershipKey join(InetAddress group, NetworkInterface interf)
        throws IOException;

    MembershipKey join(InetAddress group, NetworkInterface interf, InetAddress source)
        throws IOException;
}

InterruptibleChannel#

一种可以被异步关闭和中断的通道。

实现了该接口的Channel是异步的：如果一个线程阻塞在一个InterruptibleChannel的IO操作上，这时其他线程调用了该Channel的close方法，这个阻塞线程将收到AsynchronousCloseException。

实现了该接口的Channel是可中断的：如果一个线程阻塞在一个InterruptibleChannel的IO操作上，这时其他线程调用了该阻塞线程的interrupt方法，这将导致Channel关闭，阻塞线程将收到ClosedByInterruptException，并且阻塞线程的interrupt状态将被设置。

如果一个线程的interrupt状态已经设置，然后它调用了一个阻塞IO操作，那么这个通道将关闭，并且线程接收到一个ClosedByInterruptException，线程的interrupt状态保持。

public interface InterruptibleChannel
    extends Channel
{
    
    public void close() throws IOException;

}