【Java.NIO】API —— Channel接口

最新推荐文章于 2021-03-18 20:56:58 发布

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本文介绍了Java NIO中的通道概念及其与流的区别，详细解释了通道的基本特性、使用方式及其实现接口如ByteChannel、SelectableChannel等。还探讨了分散读取和集中写入的概念及其实现。

Java NIO的通道类似流stream，但又有些不同：

既可以从通道中读取数据，又可以写数据到通道。但流的读写通常是单向的
通道可以异步地读写
通道中的数据总是先读到一个Buffer，或者总是要从一个Buffer中写入
Channel用于在字节缓冲区和位于Channel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

java.nio.channels.Channel接口只声明了两个方法：

java.nio.channels
public interface Channel extends Closeable

close() - 关闭通道
isOpen() - 判断通道是否打开

通道在创建时被打开，一旦关闭通道，就不能重新打开了。

一些子接口/子类

ReadableByteChannel和WritableByteChannel，以及ByteChannel

两个重要的子接口。

ReadabelByteChannel接口声明了read(ByteBuffer dst)方法，把数据源的数据读入参数指定的ByteBuffer缓冲区中
WritableByteBuffer接口声明了write(ByteBuffer src)方法，该方法把参数指定的ByteBuffer缓冲区中的数据写到数据汇中

ByteChannel接口扩展了这两个接口，因而同时支持读写操作。

分散和聚集 —— GatheringByteChannel和ScatteringByteChannel

ScatteringByteChannel接口扩展了ReadableByteChannel接口，允许分散地读取数据。分散读取数据是指单个读取操作能填充多个缓冲区。ScatteringByteChannel接口声明了read(ByteBuffer[] dsts)方法，该方法把从数据源读取的数据依次填充到参数指定的ByteBuffer数值中
GatheringByteChannel接口扩展了WritableByteChannel接口，允许集中地写入数据。集中写入数据是指单个写操作能把多个缓冲区的数据写到数据汇。GatheringByteChannel接口声明了write(ByteBuffer[] srcs)方法，该方法依次把参数指定的ByteBuffer数组的每个ByteBuffer中的数据写入数据汇。
分散读取和集中写数据能够进一步提高输入和输出操作的速度。

Scattering Reads:

ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(128);
ByteBuffer body = ByteBuffer.allocate(1024);

ByteBuffer[] bufferArray = {header, body};

channel.read(bufferArray);

注意buffer首先被插入到数组，然后再将数组作为channel.read()的输入参数。read()方法按照buffer在数组中的顺序将从channel中读取的数据写到buffer中，当一个buffer被写满后，channel紧接着向另一个buffer中写。

Scattering Reads在移动一下buffer前，必须填满当前的buffer。这意味着它不适用于动态消息。

Gathering Writes

ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(128);
ByteBuffer body = ByteBuffer.allocate(1024);

ByteBuffer[] bufferArray = {header, body};

channel.write(bufferArray);

buffer数组是write()方法的入参，write()方法会按照buffer在数组中的顺序，将数据写入到channel，注意只有position和limit之间的数据才会被写入。与scattering reads相反，gathering writes能较好地处理动态消息。

FileChannel类

FileChannel类代表与文件相连的通道。该类实现了ByteChannel, ScatteringByteChannel和GatheringByteChannel接口，支持读写操作，分散读操作和集中写操作。

FileChannel类没有提供公开的构造方法，因此用户不能使用new构造；不过，在FIleInputStream, FileOutputStream和RandomAccessFile类中提供了getChannel(0方法，该方法返回相应的FileChannel对象。

例如：

RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("data/nio-data.txt", "rw");
FileChannel inChannel = aFile.getChannel();

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

int byteRead = inChannel.read(buf);
while (byteRead != -1){
    System.out.println("Read" + bytesRead);
    buf.flip();

    while(buf.hasRemaining()){
        System.out.println((char)buf.get());
    }

    buf.clear();
    bytesRead = inChannel.read(buf);
}

aFile.close();

SelectableChannel类

java.nio.channels
public abstract class SelectableChannel extends AbstractInterruptibleChannel implements Channel

SelectableChannel是一种支持阻塞I/O和非阻塞I/O的通道。

在非阻塞模式下，读写数据不会阻塞，并且SelectableChannel可以向Selector注册读就绪和写就绪等事件。

Selector负责监控这些事件，等到事件发生时，比如发生了读就绪事件，SelectableChannel就可以执行读操作了。

SelectableChannel的主要方法如下：

confugureBlocking(boolean block) —— 当参数block为true时，表示设为阻塞模式；如果为false，表示设为非阻塞模式。默认情况下，采用阻塞模式，该方法返回对象本身的引用
isBlocking —— 判断是否处于阻塞模式
register(Selector sel, int ops) —— 向Selector注册事件
register(Selector sel, int ops, Object attachment) —— 向Selector注册事件
上两个方法返回一个SelectionKey对象，用来跟踪被注册的事件。register()方法（第二个）还有一个Object类型的参数attachment，用于为SelectionKey关联一个附件，当被注册事件发生后，需要处理该事件时，可以从SelectionKey中获得这个附件，该附件可用来包含与处理这个事件相关的信息

SelectionKey key = socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE);
或者
MyHandler handler = new MyHandler();
SelectionKey key = socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE, handler);
或者
SelectionKey key = socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE);
MyHandler handler = new MyHandler();
key.attach(handler);