Java NIO系列三之 Channel（通道）

最新推荐文章于 2023-06-12 10:29:09 发布

scyxm0426

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分类专栏： java语言 io与nio

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本文详细介绍Java NIO中的各种通道，包括FileChannel、SocketChannel、ServerSocketChannel和DatagramChannel的使用方法，并介绍了Scatter/Gather操作及通道间的数据传输。

一 Channel（通道）介绍

通常来说NIO中的所有IO都是从 Channel（通道）开始的。

从通道进行数据读取 ：创建一个缓冲区，然后请求通道读取数据。
从通道进行数据写入 ：创建一个缓冲区，填充数据，并要求通道写入数据。

数据读取和写入操作图示：

Java NIO Channel通道和流非常相似，主要有以下几点区别：

通道可以读也可以写，流一般来说是单向的（只能读或者写，所以之前我们用流进行IO操作的时候需要分别创建一个输入流和一个输出流）。
通道可以异步读写。
通道总是基于缓冲区Buffer来读写。

Java NIO中最重要的几个Channel的实现：

FileChannel： 用于文件的数据读写
DatagramChannel： 用于UDP的数据读写
SocketChannel： 用于TCP的数据读写，一般是客户端实现
ServerSocketChannel: 允许我们监听TCP链接请求，每个请求会创建会一个SocketChannel，一般是服务器实现

类层次结构：

下面的UML图使用Idea生成的。

二 FileChannel的使用

使用FileChannel读取数据到Buffer（缓冲区）以及利用Buffer（缓冲区）写入数据到FileChannel：

package filechannel;
import java.io.IOException;
import java.io.RandomAccessFile;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
public class FileChannelTxt {
public static void main(String args[]) throws IOException {
//1.创建一个RandomAccessFile（随机访问文件）对象，
RandomAccessFile raf=new RandomAccessFile("D:\\niodata.txt", "rw");
//通过RandomAccessFile对象的getChannel()方法。FileChannel是抽象类。
FileChannel inChannel=raf.getChannel();
//2.创建一个读数据缓冲区对象
ByteBuffer buf=ByteBuffer.allocate(48);
//3.从通道中读取数据
int bytesRead = inChannel.read(buf);
//创建一个写数据缓冲区对象
ByteBuffer buf2=ByteBuffer.allocate(48);
//写入数据
buf2.put("filechannel test".getBytes());
buf2.flip();
inChannel.write(buf);
while (bytesRead != -1) {
System.out.println("Read " + bytesRead);
//Buffer有两种模式，写模式和读模式。在写模式下调用flip()之后，Buffer从写模式变成读模式。
buf.flip();
//如果还有未读内容
while (buf.hasRemaining()) {
System.out.print((char) buf.get());
}
//清空缓存区
buf.clear();
bytesRead = inChannel.read(buf);
}
//关闭RandomAccessFile（随机访问文件）对象
raf.close();
}
}

运行效果：

通过上述实例代码，我们可以大概总结出FileChannel的一般使用规则：

1. 开启FileChannel

使用之前，FileChannel必须被打开 ，但是你无法直接打开FileChannel（FileChannel是抽象类）。需要通过 InputStream ， OutputStream 或 RandomAccessFile 获取FileChannel。

我们上面的例子是通过RandomAccessFile打开FileChannel的：

//1.创建一个RandomAccessFile（随机访问文件）对象，
RandomAccessFile raf=new RandomAccessFile("D:\\niodata.txt", "rw");
//通过RandomAccessFile对象的getChannel()方法。FileChannel是抽象类。
FileChannel inChannel=raf.getChannel();

2. 从FileChannel读取数据/写入数据

从FileChannel中读取数据/写入数据之前首先要创建一个Buffer（缓冲区）对象，Buffer（缓冲区）对象的使用我们在上一篇文章中已经详细说明了，如果不了解的话可以看我的上一篇关于Buffer的文章。

使用FileChannel的read()方法读取数据：

//2.创建一个读数据缓冲区对象
ByteBuffer buf=ByteBuffer.allocate(48);
//3.从通道中读取数据
int bytesRead = inChannel.read(buf);

使用FileChannel的write()方法写入数据：

//创建一个写数据缓冲区对象
ByteBuffer buf2=ByteBuffer.allocate(48);
//写入数据
buf2.put("filechannel test".getBytes());
buf2.flip();
inChannel.write(buf);

3. 关闭FileChannel

完成使用后，FileChannel您必须关闭它。

channel.close（）;

三 SocketChannel和ServerSocketChannel的使用

利用SocketChannel和ServerSocketChannel实现客户端与服务器端简单通信：

SocketChannel 用于创建基于tcp协议的客户端对象，因为SocketChannel中不存在accept()方法，所以，它不能成为一个服务端程序。通过 connect()方法 ，SocketChannel对象可以连接到其他tcp服务器程序。

客户端:

package socketchannel;
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SocketChannel;
public class WebClient {
public static void main(String[] args) throws IOException {
//1.通过SocketChannel的open()方法创建一个SocketChannel对象
SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
//2.连接到远程服务器（连接此通道的socket）
socketChannel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 3333));
// 3.创建写数据缓存区对象
ByteBuffer writeBuffer = ByteBuffer.allocate(128);
writeBuffer.put("hello WebServer this is from WebClient".getBytes());
writeBuffer.flip();
socketChannel.write(writeBuffer);
//创建读数据缓存区对象
ByteBuffer readBuffer = ByteBuffer.allocate(128);
socketChannel.read(readBuffer);
//String 字符串常量，不可变；StringBuffer 字符串变量（线程安全），可变；StringBuilder 字符串变量（非线程安全），可变
StringBuilder stringBuffer=new StringBuilder();
//4.将Buffer从写模式变为可读模式
readBuffer.flip();
while (readBuffer.hasRemaining()) {
stringBuffer.append((char) readBuffer.get());
}
System.out.println("从服务端接收到的数据："+stringBuffer);
socketChannel.close();
}
}

ServerSocketChannel 允许我们监听TCP链接请求，通过ServerSocketChannelImpl的 accept()方法 可以创建一个SocketChannel对象用户从客户端读/写数据。

服务端：

package socketchannel;
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
public class WebServer {
public static void main(String args[]) throws IOException {
try {
//1.通过ServerSocketChannel 的open()方法创建一个ServerSocketChannel对象，open方法的作用：打开套接字通道
ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
//2.通过ServerSocketChannel绑定ip地址和port(端口号)
ssc.socket().bind(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 3333));
//通过ServerSocketChannelImpl的accept()方法创建一个SocketChannel对象用户从客户端读/写数据
SocketChannel socketChannel = ssc.accept();
//3.创建写数据的缓存区对象
ByteBuffer writeBuffer = ByteBuffer.allocate(128);
writeBuffer.put("hello WebClient this is from WebServer".getBytes());
writeBuffer.flip();
socketChannel.write(writeBuffer);
//创建读数据的缓存区对象
ByteBuffer readBuffer = ByteBuffer.allocate(128);
//读取缓存区数据
socketChannel.read(readBuffer);
StringBuilder stringBuffer=new StringBuilder();
//4.将Buffer从写模式变为可读模式
readBuffer.flip();
while (readBuffer.hasRemaining()) {
stringBuffer.append((char) readBuffer.get());
}
System.out.println("从客户端接收到的数据："+stringBuffer);
socketChannel.close();
ssc.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

运行效果：

客户端：

服务端：

通过上述实例代码，我们可以大概总结出SocketChannel和ServerSocketChannel的使用的一般使用规则：

考虑到篇幅问题，下面只给出大致步骤，不贴代码，可以结合上述实例理解。

客户端

1.通过SocketChannel连接到远程服务器

2.创建读数据/写数据缓冲区对象来读取服务端数据或向服务端发送数据

3.关闭SocketChannel

服务端

1.通过ServerSocketChannel 绑定ip地址和端口号

2.通过ServerSocketChannelImpl的accept()方法创建一个SocketChannel对象用户从客户端读/写数据

3.创建读数据/写数据缓冲区对象来读取客户端数据或向客户端发送数据

4. 关闭SocketChannel和ServerSocketChannel

四 ️DatagramChannel的使用

DataGramChannel，类似于java 网络编程的DatagramSocket类；使用UDP进行网络传输， UDP是无连接，面向数据报文段的协议，对传输的数据不保证安全与完整 ；和上面介绍的SocketChannel和ServerSocketChannel的使用方法类似，所以这里就简单介绍一下如何使用。