Java NIO学习系列二:Channel
上文总结了Java NIO中的Buffer相关知识点,本文中我们来总结一下它的好兄弟:Channel。上文有说到,Java NIO中的Buffer一般和Channel配对使用,NIO中的所有IO都起始于一个Channel,一个Channel就相当于一个流,,可以从Channel中读取数据到Buffer,或者写数据到Channel中。
1. Channel简介
Java NIO中的Channel类似流,但是有一些不同:
- Channel既可以支持写也可以支持读,而流则是单向的,只能支持写或者读;
- Channel支持异步读写;
- Channel一般和Buffer配套使用,从Channel中读取数据到Buffer中,或从Buffer写入到Channel中;
Channel的主要实现类有如下几种:
- FileChannel,可以对文件读/写数据;
- DatagramChannel,通过UDP从网络读/写数据;
- SocketChannel,通过TCP从网络读/写数据;
- ServerSocketChannel,允许你监听TCP连接,对于每个TCP连接都创建一个SocketChannel;
2. FileChannel
Java NIO FileChannel是一类文件相连的channel,通过它可以从文件读取数据,或向文件写数据。FileChannel类是Java NIO类库提供的用于代替标准Java IO API来读写文件。FileChannel不能设置为非阻塞模式,只能工作在阻塞模式下。
2.1 打开FileChannel
在使用FileChannel之前先要打开它,就I/O类库中有三个类被修改了,用以产生FileChannel,这三个类是:InputStream、OutputStream、RandomAccessFile,如下是如何从RandomAccessFile获取FileChannel:
RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("data/nio-data.txt", "rw");
FileChannel inChannel = aFile.getChannel();
2.2 从FileChannel读取数据
首先需要分配一个Buffer,从FileChannel读取的数据会读到Buffer中(是不是有点绕)。然后调用FileChannel的read()方法来读数据,这个方法会把数据读到Buffer中,返回的int代表读取了多少字节,返回-1代表文件末尾。
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
int bytesRead = inChannel.read(buf);
2.3 往FileChannel写数据
通过调用FileChannel的write()方法可以往其中写数据,参数是一个Buffer:
String newData = "New String to write to file..." + System.currentTimeMillis();
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
buf.clear();
buf.put(newData.getBytes());
buf.flip();
while(buf.hasRemaining()) {
channel.write(buf);
}
这里write()方法也没有保证一次写入多少数据,我们只是不断重复直到写完。
2.4 关闭FileChannel
用完FileChannel之后记得要将其关闭:
channel.close();
2.5 FileChannel位置
调用FileChannel对象的position()方法可以获取其position,也可以调用position(long pos)设置其position:
// 获取position
long pos channel.position();
// 设置position
channel.position(pos +123);
如果将position设置到文件末尾后面,然后尝试读取文件,会返回-1;
如果将position设置到文件末尾后面,然后尝试向文件中写数据,则文件会自动扩展,并且从设置的position位置处开始写数据,这会导致“file hole”,即物理文件会有间隙。
2.6 FileChannel尺寸
size()方法返回filechannel连接的文件的尺寸大小:
long fileSize = channel.size();
2.7 截短FileChannel
truncate()方法可以截短文件:
channel.truncate(1024);
如上,将文件截取为1024字节长度。
2.8 FileChannel Force
FileChannel.force()方法会刷新所有未写入到磁盘的数据到磁盘上。因为操作系统会先将数据缓存到内存中,再一次性写入磁盘,所以不能保证写到channel中的数据是否写入到磁盘上,所以可以调用flush()方法强制将数据写入磁盘。
force()方法有一个boolean参数,代表是否要写入文件的元数据(比如权限):
channel.force(true);
3. SocketChannel
Java NIO SocketChannel用于和TCP网络socket相连,等同于Java网络包中的Socket。可以通过两种方式来创建一个SocketChannel:
- 打开一个SocketChannel并且将其和网络上的某台服务器相连;
- 当有一个连接到达一个ServerSocketChannel时会自动创建一个SocketChannel;
3.1 打开Socket通道
如下示例说明了如何打开一个SocketChannel:
SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
socketChannel.connect(new InetSocketAddress("http://jenkov.com", 80));
3.2 关闭Socket通道
对于这种资源类的使用,是要记得及时关闭的:
socketChannel.close();
3.3 从Socket通道读数据
调用read()方法可以读取数据:
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
int bytesRead = socketChannel.read(buf);
3.4 往Socket通道写数据
调用其写方法write()可以向其中写数据,使用一个Buffer作为其参数:
String newData = "New String to write to file..." + System.currentTimeMillis();
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
buf.clear();
buf.put(newData.getBytes());
buf.flip();
while(buf.hasRemaining()) {
channel.write(buf);
}
3.5 工作在非阻塞模式下
可以将SocketChannel设置为非阻塞模式,设置之后可以异步地调用其connect()、read()和write()方法。
connect()
对于处于非阻塞模式下的SocketChannel,调用其connect()方法之后会立即返回,即使没有成功建立连接。可以调用finishConnect()方法来获知是否成功建立连接:
socketChannel.configureBlocking(false);
socketChannel.connect(new InetSocketAddress("http://jenkov.com", 80));
while(! socketChannel.finishConnect() ){
//wait, or do something else...
}
write()
对于处于非阻塞模式的SocketChannel,调用其write()也会返回,但是可能还没有写入数据。因此你需要在一个循环中调用它,就像前面的例子中看到的那样。
read()
对于处于非阻塞模式的SocketChannel,调用其read()有可能出现返回int值,但是还没有任何数据读入到buffer中。因此需要关注返回int值,这个可以告诉我们有多少数据是已经读取的。
非阻塞模式下和Selectors一起工作
非阻塞模式下的SocketChannel适合和Selector一起搭配使用。通过往Selector中注册一个或多个SocketChannel,可以通过Selector选择已经就绪的Channel。具体使用稍后会详述。
4. ServerSocketChannel
Java NIO ServerSocketChannel可以监听TCP连接,就像标准Java网络库中的ServerSocket。
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));
while(true){
SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
//do something with socketChannel...
}
4.1 打开ServerSocketChannel
很简单,调用其open()方法就可以开启一个ServerSocketChannel:
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
4.2 关闭ServerSocketChannel
serverSocketChannel.close();
4.3 监听连接
调用其accept()方法之后可以监听连接。在一个新的连接到来之前,都处于阻塞状态,一旦新的连接到来,accept()方法将返回一个和这个连接对应的SocketChannel。
将其放在一个while循环中就可以不断监听新的连接:
while(true){
SocketChannel socketChannel =
serverSocketChannel.accept();
//do something with socketChannel...
}
当然实际中while循环应该使用其他的判断条件而不是true。
4.4 工作在非阻塞模式下
ServerSocketChannel同样可设置为非阻塞模式,此时调用其accept()会立即返回,如果没有新的连接可能返回null,需要对返回值是否为空进行校验:
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));
serverSocketChannel.configureBlocking(false);
while(true){
SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
if(socketChannel != null){
//do something with socketChannel...
}
}
5. DatagramChannel
DatagramChannel用于发送和接收UDP包。因为UDP是一个无连接协议,不是像其他channel一样进行读写操作,而是通过数据包来交换数据。
5.1 打开DatagramChannel
DatagramChannel channel = DatagramChannel.open(); channel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));
这个例子中打开了一个DatagramChannel,可以通过端口9999接收UDP数据包。
5.2 接收数据
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
buf.clear();
channel.receive(buf);
调用DatagramChannel的receive()方法可以将接收到的数据包中的数据复制到指定的Buffer中。如果收到的数据大于Buffer容量,默认将其抛弃。
5.3 发送数据
String newData = "New String to write to file..." + System.currentTimeMillis(); ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48); buf.clear(); buf.put(newData.getBytes()); buf.flip(); int bytesSent = channel.send(buf, new InetSocketAddress("jenkov.com", 80));
在这个例子中是向“jenkov.com”服务器的80端口发送UDP数据包。因为UDP不保证数据传输,所以也不会知道发送的数据包是否被收到。
5.4 连接到指定地址
可以将DatagramChannel“连接”到一个指定的网络地址。因为UDP协议是无连接的,所以通过这种方式创建连接并不会像基于TCP的channel那样创建一个真实的连接。但是,这样可以“锁定”这个DatagramChannel,使得它只能和一个指定的ip地址交换数据。
channel.connect(new InetSocketAddress("jenkov.com", 80));
在这种情况下(锁定),也可以像其他Channel那样调用read()和write()方法,只不过不能够保证数据一定能够收到。
int bytesRead = channel.read(buf); int bytesWritten = channel.write(buf);
6. 总结
本文主要总结了Channel的相关知识,Channel是通道,和Buffer进行交互数据,可以读数据到Buffer中,也可以从Buffer往Channel写数据。Channel主要有下面几种:
- FileChannel
- SocketChannel
- ServerSocketChannel
- DatagramChannel
其中FileChannel是和文件交互、SocketChannel和ServerSocketChannel是基于TCP的网络Channel,DatagramChannel是基于UDP的网络Channel。