通道（Channel）是java.nio的第二個(gè)主要?jiǎng)?chuàng)新。它們既不是一個(gè)擴(kuò)展也不是一項(xiàng)增強(qiáng)，而是全新、極好的Java I/O示例，提供與I/O服務(wù)的直接連接。Channel用于在字節(jié)緩沖區(qū)和位于通道另一側(cè)的實(shí)體（通常是一個(gè)文件或套接字）之間有效地傳輸數(shù)據(jù)。
channel介紹
通道是訪問I/O服務(wù)的導(dǎo)管。I/O可以分為廣義的兩大類別：File I/O和Stream I/O。那么相應(yīng)地有兩種類型的通道也就不足為怪了，它們是文件（file）通道和套接字（socket）通道。我們看到在api里有一個(gè)FileChannel類和三個(gè)socket通道類：SocketChannel、ServerSocketChannel和DatagramChannel。
通道可以以多種方式創(chuàng)建。Socket通道有可以直接創(chuàng)建新socket通道的工廠方法。但是一個(gè)FileChannel對象卻只能通過在一個(gè)打開的RandomAccessFile、FileInputStream或FileOutputStream對象上調(diào)用getChannel( )方法來獲取。你不能直接創(chuàng)建一個(gè)FileChannel對象。
我們先來看一下FileChannel的用法：
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// 創(chuàng)建文件輸出字節(jié)流FileOutputStream fos = new FileOutputStream("data.txt");//得到文件通道FileChannel fc = fos.getChannel();//往通道寫入ByteBufferfc.write(ByteBuffer.wrap("Some text ".getBytes()));//關(guān)閉流fos.close();//隨機(jī)訪問文件RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile("data.txt", "rw");//得到文件通道fc = raf.getChannel();//設(shè)置通道的文件位置 為末尾fc.position(fc.size()); //往通道寫入ByteBufferfc.write(ByteBuffer.wrap("Some more".getBytes()));//關(guān)閉raf.close();//創(chuàng)建文件輸入流FileInputStream fs = new FileInputStream("data.txt");//得到文件通道fc = fs.getChannel();//分配ByteBuffer空間大小ByteBuffer buff = ByteBuffer.allocate(BSIZE);//從通道中讀取ByteBufferfc.read(buff);//調(diào)用此方法為一系列通道寫入或相對獲取 操作做好準(zhǔn)備buff.flip();//從ByteBuffer從依次讀取字節(jié)并打印while (buff.hasRemaining()){ System.out.print((char) buff.get());}fs.close(); |
再來看一下SocketChannel：
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SocketChannel sc = SocketChannel.open( );sc.connect (new InetSocketAddress ("somehost", someport)); ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open( ); ssc.socket( ).bind (new InetSocketAddress (somelocalport)); DatagramChannel dc = DatagramChannel.open( ); |
可以設(shè)置 SocketChannel 為非阻塞模式（non-blocking mode）.設(shè)置之后，就可以在異步模式下調(diào)用connect(), read() 和write()了。如果SocketChannel在非阻塞模式下，此時(shí)調(diào)用connect()，該方法可能在連接建立之前就返回了。為了確定連接是否建立，可以調(diào)用finishConnect()的方法。像這樣：
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socketChannel.configureBlocking(false);socketChannel.connect(new InetSocketAddress("http://jenkov.com", 80));while(! socketChannel.finishConnect() ){ //wait, or do something else...} |
服務(wù)器端的使用經(jīng)常會(huì)考慮到非阻塞socket通道，因?yàn)樗鼈兪雇瑫r(shí)管理很多socket通道變得更容易。但是，在客戶端使用一個(gè)或幾個(gè)非阻塞模式的socket通道也是有益處的，例如，借助非阻塞socket通道，GUI程序可以專注于用戶請求并且同時(shí)維護(hù)與一個(gè)或多個(gè)服務(wù)器的會(huì)話。在很多程序上，非阻塞模式都是有用的。
調(diào)用finishConnect( )方法來完成連接過程，該方法任何時(shí)候都可以安全地進(jìn)行調(diào)用。假如在一個(gè)非阻塞模式的SocketChannel對象上調(diào)用finishConnect( )方法，將可能出現(xiàn)下列情形之一：
- connect( )方法尚未被調(diào)用。那么將產(chǎn)生NoConnectionPendingException異常。
- 連接建立過程正在進(jìn)行，尚未完成。那么什么都不會(huì)發(fā)生，finishConnect( )方法會(huì)立即返回false值。
- 在非阻塞模式下調(diào)用connect( )方法之后，SocketChannel又被切換回了阻塞模式。那么如果有必要的話，調(diào)用線程會(huì)阻塞直到連接建立完成，finishConnect( )方法接著就會(huì)返回true值。在初次調(diào)用connect( )或最后一次調(diào)用finishConnect( )之后，連接建立過程已經(jīng)完成。那么SocketChannel對象的內(nèi)部狀態(tài)將被更新到已連接狀態(tài)，finishConnect( )方法會(huì)返回true值，然后SocketChannel對象就可以被用來傳輸數(shù)據(jù)了。
- 連接已經(jīng)建立。那么什么都不會(huì)發(fā)生，finishConnect( )方法會(huì)返回true值。
Socket通道是線程安全的。并發(fā)訪問時(shí)無需特別措施來保護(hù)發(fā)起訪問的多個(gè)線程，不過任何時(shí)候都只有一個(gè)讀操作和一個(gè)寫操作在進(jìn)行中。請記住，sockets是面向流的而非包導(dǎo)向的。它們可以保證發(fā)送的字節(jié)會(huì)按照順序到達(dá)但無法承諾維持字節(jié)分組。某個(gè)發(fā)送器可能給一個(gè)socket寫入了20個(gè)字節(jié)而接收器調(diào)用read( )方法時(shí)卻只收到了其中的3個(gè)字節(jié)。剩下的17個(gè)字節(jié)還是傳輸中。由于這個(gè)原因，讓多個(gè)不配合的線程共享某個(gè)流socket的同一側(cè)絕非一個(gè)好的設(shè)計(jì)選擇。
最后再看一下DatagramChannel：
最后一個(gè)socket通道是DatagramChannel。正如SocketChannel對應(yīng)Socket，ServerSocketChannel對應(yīng)ServerSocket，每一個(gè)DatagramChannel對象也有一個(gè)關(guān)聯(lián)的DatagramSocket對象。不過原命名模式在此并未適用：“DatagramSocketChannel”顯得有點(diǎn)笨拙，因此采用了簡潔的“DatagramChannel”名稱。
正如SocketChannel模擬連接導(dǎo)向的流協(xié)議（如TCP/IP），DatagramChannel則模擬包導(dǎo)向的無連接協(xié)議（如UDP/IP）：
創(chuàng)建DatagramChannel的模式和創(chuàng)建其他socket通道是一樣的：調(diào)用靜態(tài)的open( )方法來創(chuàng)建一個(gè)新實(shí)例。新DatagramChannel會(huì)有一個(gè)可以通過調(diào)用socket( )方法獲取的對等DatagramSocket對象。DatagramChannel對象既可以充當(dāng)服務(wù)器（監(jiān)聽者）也可以充當(dāng)客戶端（發(fā)送者）。如果你希望新創(chuàng)建的通道負(fù)責(zé)監(jiān)聽，那么通道必須首先被綁定到一個(gè)端口或地址/端口組合上。綁定DatagramChannel同綁定一個(gè)常規(guī)的DatagramSocket沒什么區(qū)別，都是委托對等socket對象上的API實(shí)現(xiàn)的：
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DatagramChannel channel = DatagramChannel.open( );DatagramSocket socket = channel.socket( ); socket.bind (new InetSocketAddress (portNumber)); |
DatagramChannel是無連接的。每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)（datagram）都是一個(gè)自包含的實(shí)體，擁有它自己的目的地址及不依賴其他數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)凈荷。與面向流的的socket不同，DatagramChannel可以發(fā)送單獨(dú)的數(shù)據(jù)報(bào)給不同的目的地址。同樣，DatagramChannel對象也可以接收來自任意地址的數(shù)據(jù)包。每個(gè)到達(dá)的數(shù)據(jù)報(bào)都含有關(guān)于它來自何處的信息（源地址）。
一個(gè)未綁定的DatagramChannel仍能接收數(shù)據(jù)包。當(dāng)一個(gè)底層socket被創(chuàng)建時(shí)，一個(gè)動(dòng)態(tài)生成的端口號(hào)就會(huì)分配給它。綁定行為要求通道關(guān)聯(lián)的端口被設(shè)置為一個(gè)特定的值（此過程可能涉及安全檢查或其他驗(yàn)證）。不論通道是否綁定，所有發(fā)送的包都含有DatagramChannel的源地址（帶端口號(hào)）。未綁定的DatagramChannel可以接收發(fā)送給它的端口的包，通常是來回應(yīng)該通道之前發(fā)出的一個(gè)包。已綁定的通道接收發(fā)送給它們所綁定的熟知端口（wellknown port）的包。數(shù)據(jù)的實(shí)際發(fā)送或接收是通過send( )和receive( )方法來實(shí)現(xiàn)的。
注意：假如您提供的ByteBuffer沒有足夠的剩余空間來存放您正在接收的數(shù)據(jù)包，沒有被填充的字節(jié)都會(huì)被悄悄地丟棄。
Scatter/Gather
通道提供了一種被稱為Scatter/Gather的重要新功能（有時(shí)也被稱為矢量I/O）。它是指在多個(gè)緩沖區(qū)上實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單的I/O操作。對于一個(gè)write操作而言，數(shù)據(jù)是從幾個(gè)緩沖區(qū)按順序抽取（稱為gather）并沿著通道發(fā)送的。緩沖區(qū)本身并不需要具備這種gather的能力（通常它們也沒有此能力）。該gather過程的效果就好比全部緩沖區(qū)的內(nèi)容被連結(jié)起來，并在發(fā)送數(shù)據(jù)前存放到一個(gè)大的緩沖區(qū)中。對于read操作而言，從通道讀取的數(shù)據(jù)會(huì)按順序被散布（稱為scatter）到多個(gè)緩沖區(qū)，將每個(gè)緩沖區(qū)填滿直至通道中的數(shù)據(jù)或者緩沖區(qū)的最大空間被消耗完。
scatter / gather經(jīng)常用于需要將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分開處理的場合，例如傳輸一個(gè)由消息頭和消息體組成的消息，你可能會(huì)將消息體和消息頭分散到不同的buffer中，這樣你可以方便的處理消息頭和消息體。
Scattering Reads是指數(shù)據(jù)從一個(gè)channel讀取到多個(gè)buffer中。如下圖描述：
代碼示例如下：
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ByteBuffer header = ByteBuffer.allocateDirect (10); ByteBuffer body = ByteBuffer.allocateDirect (80); ByteBuffer [] buffers = { header, body }; int bytesRead = channel.read (buffers); |
Gathering Writes是指數(shù)據(jù)從多個(gè)buffer寫入到同一個(gè)channel。如下圖描述：
代碼示例如下：
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ByteBuffer header = ByteBuffer.allocateDirect (10); ByteBuffer body = ByteBuffer.allocateDirect (80); ByteBuffer [] buffers = { header, body }; channel.write(bufferArray); |
使用得當(dāng)?shù)脑挘琒catter/Gather會(huì)是一個(gè)極其強(qiáng)大的工具。它允許你委托操作系統(tǒng)來完成辛苦活：將讀取到的數(shù)據(jù)分開存放到多個(gè)存儲(chǔ)桶（bucket）或者將不同的數(shù)據(jù)區(qū)塊合并成一個(gè)整體。這是一個(gè)巨大的成就，因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)已經(jīng)被高度優(yōu)化來完成此類工作了。它節(jié)省了您來回移動(dòng)數(shù)據(jù)的工作，也就避免了緩沖區(qū)拷貝和減少了您需要編寫、調(diào)試的代碼數(shù)量。既然您基本上通過提供數(shù)據(jù)容器引用來組合數(shù)據(jù)，那么按照不同的組合構(gòu)建多個(gè)緩沖區(qū)陣列引用，各種數(shù)據(jù)區(qū)塊就可以以不同的方式來組合了。下面的例子好地詮釋了這一點(diǎn)：
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public class GatheringTest { private static final String DEMOGRAPHIC = "output.txt"; public static void main (String [] argv) throws Exception { int reps = 10; if (argv.length > 0) { reps = Integer.parseInt(argv[0]); } FileOutputStream fos = new FileOutputStream(DEMOGRAPHIC); GatheringByteChannel gatherChannel = fos.getChannel(); ByteBuffer[] bs = utterBS(reps); while (gatherChannel.write(bs) > 0) { // 不做操作，讓通道把數(shù)據(jù)輸出到文件寫完 } System.out.println("Mindshare paradigms synergized to " + DEMOGRAPHIC); fos.close(); } private static String [] col1 = { "Aggregate", "Enable", "Leverage", "Facilitate", "Synergize", "Repurpose", "Strategize", "Reinvent", "Harness" }; private static String [] col2 = { "cross-platform", "best-of-breed", "frictionless", "ubiquitous", "extensible", "compelling", "mission-critical", "collaborative", "integrated" }; private static String [] col3 = { "methodologies", "infomediaries", "platforms", "schemas", "mindshare", "paradigms", "functionalities", "web services", "infrastructures" }; private static String newline = System.getProperty ("line.separator"); private static ByteBuffer [] utterBS (int howMany) throws Exception { List list = new LinkedList(); for (int i = 0; i < howMany; i++) { list.add(pickRandom(col1, " ")); list.add(pickRandom(col2, " ")); list.add(pickRandom(col3, newline)); } ByteBuffer[] bufs = new ByteBuffer[list.size()]; list.toArray(bufs); return (bufs); } private static Random rand = new Random( ); /** * 隨機(jī)生成字符 * @param strings * @param suffix * @return * @throws Exception */ private static ByteBuffer pickRandom (String [] strings, String suffix) throws Exception { String string = strings [rand.nextInt (strings.length)]; int total = string.length() + suffix.length( ); ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate (total); buf.put (string.getBytes ("US-ASCII")); buf.put (suffix.getBytes ("US-ASCII")); buf.flip( ); return (buf); }} |
輸出為：
Reinvent integrated web services
Aggregate best-of-breed platforms
Harness frictionless platforms
Repurpose extensible paradigms
Facilitate ubiquitous methodologies
Repurpose integrated methodologies
Facilitate mission-critical paradigms
Synergize compelling methodologies
Reinvent compelling functionalities
Facilitate extensible platforms
雖然這種輸出沒有什么意義，但是gather確是很容易的讓我們把它輸出出來。
Pipe
java.nio.channels包中含有一個(gè)名為Pipe（管道）的類。廣義上講，管道就是一個(gè)用來在兩個(gè)實(shí)體之間單向傳輸數(shù)據(jù)的導(dǎo)管。
Java NIO 管道是2個(gè)線程之間的單向數(shù)據(jù)連接。Pipe有一個(gè)source通道和一個(gè)sink通道。數(shù)據(jù)會(huì)被寫到sink通道，從source通道讀取。Pipe類創(chuàng)建一對提供環(huán)回機(jī)制的Channel對象。這兩個(gè)通道的遠(yuǎn)端是連接起來的，以便任何寫在SinkChannel對象上的數(shù)據(jù)都能出現(xiàn)在SourceChannel對象上。
下面我們來創(chuàng)建一條Pipe，并向Pipe中寫數(shù)據(jù)：
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//通過Pipe.open()方法打開管道Pipe pipe = Pipe.open();//要向管道寫數(shù)據(jù)，需要訪問sink通道Pipe.SinkChannel sinkChannel = pipe.sink();//通過調(diào)用SinkChannel的write()方法，將數(shù)據(jù)寫入SinkChannelString 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()) { sinkChannel.write(buf);} |
再看如何從管道中讀取數(shù)據(jù)：
讀取管道的數(shù)據(jù)，需要訪問source通道：
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Pipe.SourceChannel sourceChannel = pipe.source(); |
調(diào)用source通道的read()方法來讀取數(shù)據(jù)：
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ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);int bytesRead = sourceChannel.read(buf); |
read()方法返回的int值會(huì)告訴我們多少字節(jié)被讀進(jìn)了緩沖區(qū)。
到此我們就把通道的簡單用法講完了，要想會(huì)用還是得多去練習(xí)，多模擬使用，這樣才知道什么時(shí)候用以及怎么用，下節(jié)我們來講選擇器-Selectors。
以上就是詳解java NIO之Channel（通道）的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于JAVA NIO channel（通道）的資料請關(guān)注服務(wù)器之家其它相關(guān)文章！
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