Channel (Java NIO)

【正文】netty源码死磕1.3: 

Java NIO Channel

1. Java NIO Channel

1.1. Java NIO Channel的特点

和老的OIO相比，通道和NIO流（非阻塞IO）主要有以下几点区别：

（1）OIO流一般来说是单向的（只能读或者写），通道可以读也可以写。

（2）OIO流值读写阻塞的，而通道可以异步读写。

（3）通道总是基于缓冲区Buffer来读写。

1.2. Channel类型

下面列出Java NIO中最重要的集中Channel的实现：

（1）FileChannel

（2）DatagramChannel

（3）SocketChannel

（4）ServerSocketChannel

四种通道的说明如下：

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。

ServerSocketChannel允许我们监听TCP链接请求，每个请求会创建会一个SocketChannel。

这个四种通道，涵盖了 UDP 和 TCP网络 IO以及文件 IO的操作。下面从通道的新建、读取、写入、关闭等四个操作，四种通道进行简单的介绍。

1.3. FileChannel

FileChannel 是操作文件的Channel，我们可以通过 FileChannel 从一个文件中读取数据，也可以将数据写入到文件中。

注意，FileChannel 不能设置为非阻塞模式。

操作一：打开 FileChannel通道

RandomAccessFile aFile     = new RandomAccessFile("test.txt"，"rw");

FileChannel      inChannel = aFile.getChannel();

操作二：读取数据

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

int bytesRead = inChannel.read(buf);

操作三：写入数据

String newData = "New String to write to file..." + System.currentTimeMillis();

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

buf.clear();

buf.put(newData.getBytes());

buf.flip();

while(buf.hasRemaining())

{

    channel.write(buf);

}

操作四：关闭

channel.close();

当我们对 FileChannel 的操作完成后，必须将其关闭。

操作五：强制刷新磁盘

channel.force(true);

FileChannel的force()方法将所有未写入的数据从通道刷新到磁盘中。在你调用该force()方法之前，出于性能原因，操作系统可能会将数据缓存在内存中，因此您不能保证写入通道的数据实际上写入磁盘。

1.4. SocketChannel

有两种Socket通道，一个是客户端的SocketChannel，一个是负责服务器端的Socket通道ServerSocketChannel。SocketChannel与OIO中的Socket类对应，ServerSocketChannel对应于OIO中的ServerSocket类相NIO。

两种Socket通道新增的通道都支持阻塞和非阻塞两种模式。在阻塞模式下的通道的创建、关闭、读写操作如下：

操作一：创建

SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();

socketChannel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1"，80));

这个是客户端的创建。当一个服务器端的ServerSocketChannel 接受到连接请求时，也会返回一个 SocketChannel 对象。

操作二：读取

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

int bytesRead = socketChannel.read(buf);

如果 read()返回 -1，那么表示连接中断了.

操作三：写入数据

String newData = "New String to write to file..." + System.currentTimeMillis();

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

buf.clear();

buf.put(newData.getBytes());

buf.flip();

while(buf.hasRemaining()) {

    channel.write(buf);

}

操作四：关闭

socketChannel.close();

在非阻塞模式，我们可以设置 SocketChannel 为异步模式，这样我们的 connect，read，write 都是异步的了.

操作一：连接

socketChannel.configureBlocking(false);

socketChannel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1"，80));

while(! socketChannel.finishConnect() ){

    //wait，or do something else...

}

在异步模式中，或许连接还没有建立，socketChannel.connect 方法就返回了，因此我们不断的自旋，检查当前是否是连接到了主机。

操作二：非阻塞读写

在异步模式下，读写的方式是一样的.

在读取时，因为是异步的，因此我们必须检查 read 的返回值，来判断当前是否读取到了数据.

ServerSocketChannel

ServerSocketChannel 顾名思义，是用在服务器为端的，可以监听客户端的 TCP 连接，例如:

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();

serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));

while(true){

    SocketChannel socketChannel =

            serverSocketChannel.accept();

    //do something with socketChannel...

}

操作四：关闭

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();

serverSocketChannel.close();

1.4.1. 监听连接

我们可以使用ServerSocketChannel.accept()方法来监听客户端的 TCP 连接请求，accept()方法会阻塞，直到有连接到来，当有连接时，这个方法会返回一个 SocketChannel 对象:

while(true){

    SocketChannel socketChannel =

            serverSocketChannel.accept();

    //do something with socketChannel...

}

1.4.2. 非阻塞模式

在非阻塞模式下，accept()是非阻塞的，因此如果此时没有连接到来，那么 accept()方法会返回null:

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...

        }

}

1.5. DatagramChannel

DatagramChannel 是用来处理 UDP 连接的.

操作一：打开

DatagramChannel channel = DatagramChannel.open();

channel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));

操作二：读取数据

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

buf.clear();

channel.receive(buf);

操作三：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("example.com"，80));

连接到指定地址

因为 UDP 是非连接的，因此这个的 connect 并不是向 TCP 一样真正意义上的连接，因此我们仅仅可以从指定的地址中读取或写入数据.

channel.connect(new InetSocketAddress("example.com"，80));

源码：

代码工程:  JavaNioDemo.zip

下载地址：在疯狂创客圈QQ群文件共享。

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