Java NIO之Channel
本文开始讲解Java NIO 的三个核心组件，Channel，Buffer，Selector。先从Channel开始，Channel指的是通道。Channel用于在字节缓冲区和位于通道另一侧的实体（通常是一个文件或套接字）之间有效地传输数据。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。
通道基础
首先，看一下基本的Channel接口，下面是Channel接口的完整源码：
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;
}
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。
从Channel接口引申出的其他接口都是面向字节的子接口：
通道可以是单向的也可以是双向的。一个Channel类可能实现定义read()方法的ReadableByteChannel接口，而另一个Channel类也许实现WritableByteChannel接口以提供write()方法。实现这两种接口其中之一的类都是单向的，只能在一个方向上传输数据。如果一个类同时实现这两个接口，那么它是双向的，可以双向传输数据，就像下面的ByteChannel。
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
{
}
通道可以以阻塞（blocking）或非阻塞（nonblocking）模式运行，非阻塞模式的通道永远不会让调用的线程休眠，请求的操作要么立即完成，要么返回一个结果表明未进行任何操作。只有面向流的（stream-oriented）的通道，如sockets和pipes才能使用非阻塞模式。
比方说非阻塞的通道SocketChannel。可以看出，socket通道类从SelectableChannel类引申而来，从SelectableChannel引申而来的类可以和支持有条件的选择的选择器（Selectors）一起使用。将非阻塞I/O和选择器组合起来可以使开发者的程序利用多路复用I/O
public abstract class SocketChannel
extends AbstractSelectableChannel
implements ByteChannel, ScatteringByteChannel, GatheringByteChannel
{
...
}
public abstract class AbstractSelectableChannel
extends SelectableChannel
{
...
}
文件通道
通道是访问I/O服务的导管，I/O可以分为广义的两大类：File I/O和Stream I/O。那么相应的，通道也有两种类型，它们是文件（File）通道和套接字（Socket）通道。文件通道指的是FileChannel，套接字通道则有三个，分别是SocketChannel、ServerSocketChannel和DatagramChannel。
通道可以以多种方式创建。Socket通道可以有直接创建Socket通道的工厂方法，但是一个FileChannel对象却只能通过在一个打开的RandomAccessFile、FileInputStream或FileOutputStream对象上调用getChannel()方法来获取，开发者不能直接创建一个FileChannel。并且文件通道总是阻塞式的，因此不能被置于非阻塞模式下。
public static void main(String[] args) throws Exception
{
//读文件
File file = new File("D:/files/readchannel.txt");
FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
FileChannel fc = fis.getChannel();
ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocate(35);
fc.read(bb);
bb.flip();
while (bb.hasRemaining())
{
System.out.print((char)bb.get());
}
bb.clear();
fc.close();
//写文件
File file = new File("D:/files/writechannel.txt");
RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(file, "rw");
FileChannel fc = raf.getChannel();
ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocate(10);
String str = "abcdefghij";
bb.put(str.getBytes());
bb.flip();
fc.write(bb);
bb.clear();
fc.close();
}
Socket通道
Socket通道与文件通道有着不一样的特征：
1、NIO的Socket通道类可以运行于非阻塞模式并且是可选择的，因此，再也没有为每个Socket连接使用一个线程的必要了。这一特性避免了管理大量线程所需的上下文交换总开销，借助NIO类，一个或几个线程就可以管理成百上千的活动Socket连接了并且只有很少甚至没有性能损失
2、全部Socket通道类（DatagramChannel、SocketChannel和ServerSocketChannel）在被实例化时都会创建一个对应的Socket对象，就是我们所熟悉的来自java.net的类（Socket、ServerSocket和DatagramSocket），这些Socket可以通过调用socket()方法从通道类获取，此外，这三个java.net类现在都有getChannel()方法
3、每个Socket通道（在java.nio.channels包中）都有一个关联的java.net.socket对象，反之却不是如此，如果使用传统方式（直接实例化）创建了一个Socket对象，它就不会有关联的SocketChannel并且它的getChannel()方法将总是返回null。
现在简单写一下Socket服务端代码和客户端代码：
public class NonBlockingSocketServer
2 {
3 public static void main(String[] args) throws Exception
4 {
5 int port = 1234;
6 if (args != null && args.length > 0)
7 {
8 port = Integer.parseInt(args[0]);
9 }
10 ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
11 ssc.configureBlocking(false);
12 ServerSocket ss = ssc.socket();
13 ss.bind(new InetSocketAddress(port));
14 System.out.println("开始等待客户端的数据！时间为" + System.currentTimeMillis());
15 while (true)
16 {
17 SocketChannel sc = ssc.accept();
18 if (sc == null)
19 {
20 // 如果当前没有数据，等待1秒钟再次轮询是否有数据，在学习了Selector之后此处可以使用Selector
21 Thread.sleep(1000);
22 }
23 else
24 {
25 System.out.println("客户端已有数据到来，客户端ip为:" + sc.socket().getRemoteSocketAddress()
26 + ", 时间为" + System.currentTimeMillis()) ;
27 ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocate(100);
28 sc.read(bb);
29 bb.flip();
30 while (bb.hasRemaining())
31 {
32 System.out.print((char)bb.get());
33 }
34 sc.close();
35 System.exit(0);
36 }
37 }
38 }
39 }
和BIO的区别可以理解为，在ServerSocket做了一层wrapper，并且数据的读写要通过ByteBuffer。
1 public class NonBlockingSocketClient
2 {
3 private static final String STR = "Hello World!";
4 private static final String REMOTE_IP= "127.0.0.1";
5
6 public static void main(String[] args) throws Exception
7 {
8 int port = 1234;
9 if (args != null && args.length > 0)
10 {
11 port = Integer.parseInt(args[0]);
12 }
13 SocketChannel sc = SocketChannel.open();
14 sc.configureBlocking(false);
15 sc.connect(new InetSocketAddress(REMOTE_IP, port));
16 while (!sc.finishConnect())
17 {
18 System.out.println("同" + REMOTE_IP+ "的连接正在建立，请稍等！");
19 Thread.sleep(10);
20 }
21 System.out.println("连接已建立，待写入内容至指定ip+端口！时间为" + System.currentTimeMillis());
22 ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocate(STR.length());
23 bb.put(STR.getBytes());
24 bb.flip(); // 写缓冲区的数据之前一定要先反转(flip)
25 sc.write(bb);
26 bb.clear();
27 sc.close();
28 }
29 }
