Java NIO（三）通道

概念

通道（Channel）由java.nio.channels包定义的。channel表示IO源与目标打开的连接，类似流，但不能直接访问数据，只能与Buffer进行交互

通道类似流，但又有不同：

• 既可以从通道中读取数据，又可以将数据写入通道，而流的读写通常是单向的
• 通道可以异步的读写
• 通道中的数据总要先读到一个Buffer中，或从一个Buffer中写入通道

通常情况下，通道与操作系统的文件描述符（FileDescriptor）和文件句柄（FileHandler）有着一对一的关系。虽然通道比文件描述符更广义，但开发者经常使用到的多数通道都是连接到开放的文件描述符的。通道是一种途径，借助该途径，可以用最小的总开销来访问操作系统本身的I/O服务。缓冲区则是通道内部用来发送和接收数据的端点

Channel的源码：

public interface Channel extends Closeable {

    /**
     * Tells whether or not this channel is open.  </p>
     *
     * @return <tt>true</tt> if, and only if, this channel is open
     */
    public boolean isOpen();

    /**
     * Closes this channel.
     *
     * <p> After a channel is closed, any further attempt to invoke I/O
     * operations upon it will cause a {@link ClosedChannelException} to be
     * thrown.
     *
     * <p> If this channel is already closed then invoking this method has no
     * effect.
     *
     * <p> This method may be invoked at any time.  If some other thread has
     * already invoked it, however, then another invocation will block until
     * the first invocation is complete, after which it will return without
     * effect. </p>
     *
     * @throws  IOException  If an I/O error occurs
     */
    public void close() throws IOException;

}

和缓冲区不同，通道API主要由接口指定。不同的操作系统上通道实现会有根本性的差异，所以通道API仅仅描述了可以做什么，因此很自然地，通道实现经常使用操作系统的本地代码，通道接口允许开发者以一种受控且可移植的方式来访问底层的I/O服务。可以从底层的Channel接口看到，对所有通道来说只有两种共同的操作：检查一个通道是否打开isOpen()和关闭一个打开的通道close()，其余所有的东西都是那些实现Channel接口以及它的子接口的类。

通道的基本接口

public interface ReadableByteChannel extends Channel {
    public int read(ByteBuffer dst) throws IOException;
}

public interface WritableByteChannel extends Channel {
    public int write(ByteBuffer src) throws IOException;
}

public interface ByteChannel extends ReadableByteChannel, WritableByteChannel{

}

通道可以是单向的也可以是多向的。一个Channel类可以实现定义了read()方法的ReadableByteChannel接口，也可以实现定义了write()方法的WritableByteChannel接口。实现其中一种为单向，只能在一个方向上传输数据，两种都实现为双向的，可以双向传输数据，如ByteChannel

Channel的实现

• FileChannel： 从文件中读写数据
• DatagramChannel： 能通过UDP读写网络中的数据
• SocketChannel： 能通过TCP读写网络中的数据
• ServerSocketChannel： 监听新进来的TCP连接，对每一个新进来的连接都会创建一个SocketChannel

获取通道

获取通道的一种方式是对支持通道的对象调用getChannel()方法。支持通道的类如下：

• FileInputStream
• FileOutputStream
• RandomAccessFile
• DatagramSocket
• Socket
• ServerSocket

获取通道的其他方式是使用Files（JDK1.7）类的静态方法newByteChannel()获取字节通道。或者通过通道的静态方法open()打开并返回指定通道

数据传输：

int bytesWrite = inChannel.write(buf); //将Buffer中的数据写入到Channel中
int bytesRead = inChannel.read(buf); //将数据从Channel中读取到Buffer里

分散（Scatter）和聚集（Gather）

分散读取是指从Channel中读取的数据“分散”到多个Buffer中

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(128);
ByteBuffer buf2 = ByteBuffer.allocate(1024);
ByteBuffer [] bufs = { buf, buf2 };
channel.read(bufs);

注意： read方法按照ByteBuffer在数组中的顺序将Channel中的数据依次读取到Buffer中，在移动到下一个Buffer前，必须填满当前的Buffer，这也意味着它不适用于动态消息(译者注：消息大小不固定)

聚集写入是指将多个Buffer中的数据“聚集”到一个Channel中

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(128);
ByteBuffer buf2 = ByteBuffer.allocate(1024);
ByteBuffer [] bufs = { buf, buf2};
channel.write(bufs);

注意： write方法会按照Buffer在数组中的顺序依次将数据写入到Channel中，只有position和limit之间的数据才会被写入。因此，如果一个buffer的容量为128byte，但是仅仅包含58byte的数据，那么这58byte的数据将被写入到channel中。因此与Scattering Reads相反，Gathering Writes能较好的处理动态消息。

scatter / gather经常用于需要将传输的数据分开处理的场合，例如传输一个由消息头和消息体组成的消息，你可能会将消息体和消息头分散到不同的buffer中，这样你可以方便的处理消息头和消息体。

transferFrom()

FileChannel的transferFrom()方法可以将数据从源通道传输到FileChannel中

RandomAccessFile fromFile = new RandomAccessFile("fromFile.txt", "rw");
FileChannel fromChannel = fromFile.getChannel();
RandomAccessFile toFile = new RandomAccessFile("toFile.txt", "rw");
FileChannel toChannel = toFile.getChannel();
//定义传输位置
long position = 0L;
//最多传输的字节数
long count = fromChannel.size();
//将数据从源通道传输到另一个通道
toChannel.transferFrom(position, count, fromChannel);

方法的输入参数position表示从position处开始向目标通道写入数据，count表示做多传输的字节数。如果源通道的剩余空间小于 count 个字节，则所传输的字节数要小于请求的字节数。

此外要注意，在SoketChannel的实现中，SocketChannel只会传输此刻准备好的数据（可能不足count字节）。因此，SocketChannel可能不会将请求的所有数据(count个字节)全部传输到FileChannel中。

transferTo()

FileChannel的transferTo()方法是将FileChannel里的数据传输到其他Channel中

RandomAccessFile fromFile = new RandomAccessFile("fromFile.txt", "rw");
FileChannel fromChannel = fromFile.getChannel();
RandomAccessFile toFile = new RandomAccessFile("toFile.txt", "rw");
FileChannel toChannel = toFile.getChannel();
//定义传输位置
long position = 0L;
//最多传输的字节数
long count = fromChannel.size();
//将数据从源通道传输到另一个通道
fromChannel.transferTo(position, count, toChannel);

上面所说的关于SocketChannel的问题在transferTo()方法中同样存在。SocketChannel会一直传输数据直到目标buffer被填满。