Java IO — NIO Channel

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Channel（通道）的主要类型

这里不对Java NIO全部通道类型进行过多的描述，仅仅聚焦于介绍其中最为重要的四种Channel（通道）实现：FileChannel、SocketChannel、ServerSocketChannel、DatagramChannel。

对于以上四种通道，说明如下：

FileChannel文件通道，用于文件的数据读写；

SocketChannel套接字通道，用于Socket套接字TCP连接的数据读写；

ServerSocketChannel服务器套接字通道（或服务器监听通道），允许我们监听TCP连接请求，为每个监听到的请求，创建一个SocketChannel套接字通道；

DatagramChannel数据报通道，用于UDP协议的数据读写。

这个四种通道，涵盖了文件IO、TCP网络、UDP IO三类基础IO读写操作。下面从通道的获取、读取、写入、关闭四个重要的操作入手，对四种通道进行简单的介绍。

FileChannel文件通道

FileChannel是专门操作文件的通道。通过FileChannel，既可以从一个文件中读取数据，也可以将数据写入到文件中。特别申明一下，FileChannel为阻塞模式，不能设置为非阻塞模式。

下面分别介绍：FileChannel的获取、读取、写入、关闭四个操作。

获取FileChannel通道

可以通过文件的输入流、输出流获取FileChannel文件通道，示例如下：

2. 读取FileChannel通道 在大部分应用场景，从通道读取数据都会调用通道的int read（ByteBufferbuf）方法，它从通道读取到数据写入到ByteBuffer缓冲区，并且返回读取到的数据量。

以上代码channel.read(buf)虽然是读取通道的数据，对于通道来说是读取模式，但是对于ByteBuffer缓冲区来说则是写入数据，这时，ByteBuffer缓冲区处于写入模式。

写入FileChannel通道

写入数据到通道，在大部分应用场景，都会调用通道的write（ByteBuffer）方法，此方法的参数是一个ByteBuffer缓冲区实例，是待写数据的来源。

write(ByteBuffer)方法的作用，是从ByteBuffer缓冲区中读取数据，然后写入到通道自身，而返回值是写入成功的字节数。

在以上的outchannel.write(buf)调用中，对于入参buf实例来说，需要从其中读取数据写入到outchannel通道中，所以入参buf必须处于读取模式，不能处于写入模式。

关闭通道

当通道使用完成后，必须将其关闭。关闭非常简单，调用close( )方法即可。

强制刷新到磁盘

在将缓冲区写入通道时，出于性能原因，操作系统不可能每次都实时将写入数据落地（或刷新）到磁盘，完成最终的数据保存。

如果在将缓冲数据写入通道时，需要保证数据能落地写入到磁盘，可以在写入后调用一下FileChannel的force()方法。

案例

除了FileChannel的通道操作外，还需要注意代码执行过程中隐藏的ByteBuffer的模式切换。由于新建的ByteBuffer是写入模式，才可作为inChannel.read（ByteBuffer）方法的参数，inChannel.read（…）方法将从通道inChannel读到的数据写入到ByteBuffer。然后，需要调用缓冲区的flip方法，将ByteBuffer从写入模式切换成读取模式，才能作为outchannel.write（ByteBuffer）方法的参数，以便从ByteBuffer读取数据，最终写入到outchannel输出通道。

完成一次复制之后，在进入下一次复制前，还要进行一次缓冲区的模式切换。此时，需要将通过clear方法将Buffer切换成写入模式，才能进入下一次的复制。所以，在示例代码中，每一轮外层的while循环，都需要两次ByteBuffer模式切换：第一次模式切换时，翻转buf，变成读取模式；第二次模式切换时，清除buf，变成写入模式。

上面的示例代码，主要的目的在于：演示文件通道以及字节缓冲区的使用。然而，作为文件复制的程序来说，以上实战代码的效率不是最高的。更高效的文件复制，可以调用文件通道的transferFrom方法。

SocketChannel套接字通道

在NIO中，涉及网络连接的通道有两个：一个是SocketChannel负责连接的数据传输，另一个是ServerSocketChannel负责连接的监听。

其中，NIO中的SocketChannel传输通道，与OIO中的Socket类对应；NIO中的ServerSocketChannel监听通道，对应于OIO中的ServerSocket类。

ServerSocketChannel仅仅应用于服务器端，而SocketChannel则同时处于服务器端和客户端，所以，对应于一个连接，两端都有一个负责传输的SocketChannel传输通道。

无论是ServerSocketChannel，还是SocketChannel，都支持阻塞和非阻塞两种模式。如何进行模式的设置呢？调用configureBlocking方法，具体如下：

socketChannel.configureBlocking（false）设置为非阻塞模式。

socketChannel.configureBlocking（true）设置为阻塞模式。

在阻塞模式下，SocketChannel通道的connect连接、read读、write写操作，都是同步的和阻塞式的，在效率上与Java旧的OIO的面向流的阻塞式读写操作相同。因此，在这里不介绍阻塞模式下的通道的具体操作。在非阻塞模式下，通道的操作是异步、高效率的，这也是相对于传统的OIO的优势所在。下面仅仅详细介绍在非阻塞模式下通道的打开、读写和关闭操作等操作。

获取SocketChannel传输通道

在客户端，先通过SocketChannel静态方法open()获得一个套接字传输通道；然后，将socket套接字设置为非阻塞模式；最后，通过connect()实例方法，对服务器的IP和端口发起连接。

非阻塞情况下，与服务器的连接可能还没有真正建立，socketChannel.connect方法就返回了，因此需要不断地自旋，检查当前是否是连接到了主机：

在服务器端，如何获取与客户端对应的传输套接字呢？

在连接建立的事件到来时，服务器端的ServerSocketChannel能成功地查询出这个新连接事件，并且通过调用服务器端ServerSocketChannel监听套接字的accept()方法，来获取新连接的套接字通道：

NIO套接字通道，主要用于非阻塞的传输场景。所以，基本上都需要调用通道的configureBlocking（false）方法，将通道从阻塞模式切换为非阻塞模式。

读取SocketChannel传输通道

当SocketChannel传输通道可读时，可以从SocketChannel读取数据，具体方法与前面的文件通道读取方法是相同的。调用read方法，将数据读入缓冲区ByteBuffer。

在读取时，因为是异步的，因此我们必须检查read的返回值，以便判断当前是否读取到了数据。read()方法的返回值是读取的字节数，如果返回-1，那么表示读取到对方的输出结束标志，对方已经输出结束，准备关闭连接。实际上，通过read方法读数据，本身是很简单的，比较困难的是，在非阻塞模式下，如何知道通道何时是可读的呢？这就需要用到NIO的新组件——Selector通道选择器。

写入到SocketChannel传输通道

和前面的把数据写入到FileChannel文件通道一样，大部分应用场景都会调用通道的int

write（ByteBufferbuf）方法。

关闭SocketChannel传输通道

在关闭SocketChannel传输通道前，如果传输通道用来写入数据，则建议调用一次shutdownOutput()终止输出方法，向对方发送一个输出的结束标志（-1）。然后调用socketChannel.close()方法，关闭套接字连接。

服务端案例

客户端案例

DatagramChannel数据报通道

在Java中使用UDP协议传输数据，比TCP协议更加简单。和Socket套接字的TCP传输协议不同，UDP协议不是面向连接的协议。使用UDP协议时，只要知道服务器的IP和端口，就可以直接向对方发送数据。在Java NIO中，使用DatagramChannel数据报通道来处理UDP协议的数据传输。

获取DatagramChannel数据报通道

获取数据报通道的方式很简单，调用DatagramChannel类的open静态方法即可。然后调用configureBlocking（false）方法，设置成非阻塞模式。

如果需要接收数据，还需要调用bind方法绑定一个数据报的监听端口，具体如下：

读取DatagramChannel数据报通道数据

当DatagramChannel通道可读时，可以从DatagramChannel读取数据。和前面的SocketChannel读取方式不同，这里不调用read方法，而是调用receive（ByteBufferbuf）方法将数据从DatagramChannel读入，再写入到ByteBuffer缓冲区中。

通道读取receive（ByteBufferbuf）方法虽然读取了数据到buf缓冲区，但是其返回值是SocketAddress类型，表示返回发送端的连接地址（包括IP和端口）。通过receive方法读取数据非常简单，但是，在非阻塞模式下，如何知道DatagramChannel通道何时是可读的呢？和SocketChannel一样，同样需要用到NIO的新组件—Selector通道选择器

写入DatagramChannel数据报通道

向DatagramChannel发送数据，和向SocketChannel通道发送数据的方法也是不同的。这里不是调用write方法，而是调用send方法。示例代码如下：

由于UDP是面向非连接的协议，因此，在调用send方法发送数据的时候，需要指定接收方的地址（IP和端口）。 4. 关闭DatagramChannel数据报通道 这个比较简单，直接调用close()方法，即可关闭数据报通道。

下面是一个使用DatagramChannel数据包通到发送数据的客户端示例程序代码。其功能是：获取用户的输入数据，通过DatagramChannel数据报通道，将数据发送到远程的服务器。客户端的完整程序代码如下：

通过示例程序代码可以看出，在客户端使DatagramChannel数据报通道发送数据，比起在客户端使用套接字SocketChannel发送数据简单很多。

接下来看看在服务器端应该如何使用DatagramChannel数据包通道接收数据呢？

下面贴出服务器端通过DatagramChannel数据包通道接收数据的程序代码，可能大家目前不一定可以看懂，因为代码中用到了Selector选择器，但是不要紧，下一个小节就介绍它。

服务器端的接收功能是：通过DatagramChannel数据报通道，绑定一个服务器地址（IP+端口），接收客户端发送过来的UDP数据报。服务器端的完整代码如下：

在服务器端，首先调用了bind方法绑定datagramChannel的监听端口。当数据到来后，调用了receive方法，从datagramChannel数据包通道接收数据，再写入到ByteBuffer缓冲区中。