NIO之通道(Channel)的原理与获取以及数据传输与内存映射文件

通道（Channel）

　　由java.nio.channels包定义的，Channel表示IO源与目标打开的连接，Channel类似于传统的“流”，只不过Channel本身不能直接访问数据，Channel只能与Buffer进行交互。通道主要用于传输数据，从缓冲区的一侧传到另一侧的实体（如文件、套接字...），反之亦然；通道是访问IO服务的导管，通过通道，我们可以以最小的开销来访问操作系统的I/O服务；顺便说下，缓冲区是通道内部发送数据和接收数据的端点。

　　在标准的IO当中，都是基于字节流/字符流进行操作的，而在NIO中则是是基于Channel和Buffer进行操作，其中的Channel的虽然模拟了流的概念，实则大不相同。

区别	Stream	Channel
支持异步	不支持	支持
是否可双向传输数据	不能，只能单向	可以，既可以从通道读取数据，也可以向通道写入数据
是否结合Buffer使用	不	必须结合Buffer使用
性能	较低	较高

传统与革新

传统的数据流：

CPU处理IO，性能损耗太大

改为：

内存和IO接口之间加了 DMA(直接存储器)，DMA向CPU申请权限，IO的操作全部由DMA管理。CPU不要干预。

若有大量的IO请求，会造成DMA的走线过多，则也会影响性能。

则改DMA为Channel，Channel为完全独立的单元，不需要向CPU申请权限，专门用于IO。

 

早一代IO操作是由CPU负责IO接口

新一代DMA授权处理IO接口

通道（Channel）模式

Channel的实现类

java.nio.channels.Channel 接口：
|-- FileChannel
|-- SocketChannel
|-- ServerSocketChannel
|-- DatagramChannel

获取通道Channel

1.Java针对支持通道的类提供了getChannel()方法

本地IO

• FileInputStream/FileOutputStream
• RandomAccessFile

网络IO

• Socket
• ServerSocket
• DatagramSocket

2.在jdk1.7中的NIO.2针对各个通道提供了静态方法open()

如

FileChannel.open(Paths.get("d:\\xxx.jpg"), StandardOpenOption.READ);

3.在jdk1.7中的NIO.2的Files工具类的newByteChannel()

如

Files.newByteChannel(filePath)

通道之间的数据传输

transferFrom()
transferTo()

StandardOpenOption介绍

在打开文件通道时可以选择的选项有很多，其中最常见的是读取和写入模式的选择，分别通过java.nio.file.StandardOpenOption枚举类型中的READ和WRITE来声明。

1. CREATE表示当目标文件不存在时，需要创建一个新文件；
2. CREATE_NEW同样会创建新文件，区别在于如果文件已经存在，则会产生错误；
3. APPEND表示对文件的写入操作总是发生在文件的末尾处，即在文件的末尾添加新内容；
4. 当声明了TRUNCATE_EXISTING选项时，如果文件已经存在，那么它的内容将被清空；
5. DELETE_ON_CLOSE用在需要创建临时文件的时候，声明了这个选项之后，当文件通道关闭时，Java虚拟机会尽力尝试去删除这个文件。

代码示例

 package com.expgiga.NIO;

 import java.io.FileInputStream;
 import java.io.FileOutputStream;
 import java.io.IOException;
 import java.nio.ByteBuffer;
 import java.nio.MappedByteBuffer;
 import java.nio.channels.FileChannel;
 import java.nio.file.Paths;
 import java.nio.file.StandardOpenOption;

 /**
  * Channel:用于源节点与目标节点之间的连接。在Java NIO中，负责缓冲区中数据传输，Channel本身不存储数据，因此需要配合缓冲区进行传输。
  *
  *
  */
 public class TestChannel {

     public static void main(String[] args) throws IOException {

         /*
          * 1.利用通道完成文件的复制（非直接缓冲区）
          */
         FileInputStream fis = null;
         FileOutputStream fos = null;

         FileChannel inChannel = null;
         FileChannel outChannel = null;

         try {
             fis = new FileInputStream("1.jpg");
             fos = new FileOutputStream("2.jpg");
             //1.获取通道
             inChannel = fis.getChannel();
             outChannel = fos.getChannel();

             //2.分配指定大小的缓冲区
             ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

             //3.将通道中的数据缓冲区中
             while (inChannel.read(buffer) != -1) {

                 buffer.flip();//切换成都数据模式

                 //4.将缓冲区中的数据写入通道中
                 outChannel.write(buffer);
                 buffer.clear();//清空缓冲区
             }
         } catch (Exception e) {
             e.printStackTrace();
         } finally {
             if (outChannel != null) {
                 try {
                     outChannel.close();
                 } catch (IOException e) {
                     e.printStackTrace();
                 }
             }

             if (inChannel != null) {
                 try {
                     inChannel.close();
                 } catch (IOException e) {
                     e.printStackTrace();
                 }
             }

             if (fis != null) {
                 try {
                     fis.close();
                 } catch (IOException e) {
                     e.printStackTrace();
                 }
             }

             if (fos != null) {
                 try {
                     fos.close();
                 } catch (IOException e) {
                     e.printStackTrace();
                 }
             }
         }

         /*
          * 2.利用（直接缓冲区）通道完成文件的复制(内存映射文件的方式)
          */
 　　　　　　
         long start = System.currentTimeMillis();
         FileChannel inChannel2 = FileChannel.open(Paths.get("1.jpg"), StandardOpenOption.READ);
         FileChannel outChannel2 = FileChannel.open(Paths.get("3.jpg"), StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.READ, StandardOpenOption.CREATE);

         //内存映射文件
         MappedByteBuffer inMappedBuf = inChannel2.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, inChannel.size());
         MappedByteBuffer outMappedBuf = outChannel2.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, inChannel.size());

         //直接对缓冲区进行数据读写操作
         byte[] dst = new byte[inMappedBuf.limit()];
         inMappedBuf.get(dst);
         outMappedBuf.put(dst);

         inChannel2.close();
         outChannel2.close();

         long end = System.currentTimeMillis();
         System.out.println("耗费的时间为：" + (end - start));

         /*
          * 通道之间的数据传输（直接缓冲区）
          */
         FileChannel inChannel3 = FileChannel.open(Paths.get("1.jpg"), StandardOpenOption.READ);
         FileChannel outChannel3 = FileChannel.open(Paths.get("3.jpg"), StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.READ, StandardOpenOption.CREATE);

         inChannel3.transferTo(0, inChannel3.size(), outChannel3);
         //等价于
 //        outChannel3.transferFrom(inChannel3, 0, inChannel3.size());

         inChannel3.close();
         outChannel3.close();
     }
 }

结果比较

我复制的文件大小为312MB

io time:2685
nio channel time:1129
nio buffer time:601

说明nio操作缓冲区是最快的。