NIO 之 Channel实现原理

2017-08-19 本文已影响345人 jijs

IO、NIO、AIO 内部原理分析
 NIO 之 Selector实现原理
 NIO 之 ByteBuffer实现原理

NIO概述

Java NIO 由以下几个核心部分组成：

Channels
Buffers
Selectors

在传统IO中，流是基于字节的方式进行读写的。
在NIO中，使用通道（Channel）基于缓冲区数据块的读写。

Channel 和 IO 流的区别

Java NIO的通道类似IO中的流，但又有些不同：

既可以从通道中读取数据，又可以写数据到通道。但流的读写通常是单向的。
通道可以异步地读写。
通道中的数据总是要先读到一个Buffer，或者总是要从一个Buffer中写入。

Channel 实现类

下面是JAVA NIO中的一些主要Channel的实现：

FileChannel
FileChannel 从文件中读写数据。
DatagramChannel
DatagramChannel 能通过UDP读写网络中的数据。
SocketChannel
SocketChannel 能通过TCP读写网络中的数据。
ServerSocketChannel
ServerSocketChannel可以监听新进来的TCP连接，像Web服务器那样。对每一个新进来的连接都会创建一个SocketChannel。

FileChannel 是基于文件的Channel。
DatagramChannel、SocketChannel、ServerSocketChannel 都是基于网络流的Channel。

下面我们主要介绍关于基于网络流的SocketChannel 和 ServerSocketChannel 。

register 方法

基于网络流的Channel中提供了register方法。
使用示例：

channel.register(selector,  Selectionkey.OP_READ, ByteBuffer.allocate(64));

代码的写法感觉是要将selector对象注册到channel中。其实正好相反，应该是将channel注册到selector中。
下面通过代码分析：
![将channel 注册到 selector 中]

channel 的 register 方法

1.首先判断 selector 中是否已经注册此 channel ，如果注册过就更新注册的事件和attach附件信息。

如果 selector 没有注册过 channel ，则将 channel 注册到 selector 中。

configureBlocking 方法

  public final SelectableChannel configureBlocking(boolean block)

Channel 默认使用阻塞模式，通过 configureBlocking 方法可以将该 Channel 设置成非阻塞模式。

//设置成非阻塞模式
channel.configureBlocking(false);

ServerSocketChannel

ServerSocketChannel只支持入站连接请求。不提供读取、写入数据功能。

accept 方法

public abstract SocketChannel accept()

accept()可以在阻塞或非阻塞模式下操作。

阻塞模式
accept()方法等待入站连接。然后它接受一个连接，并返回到远程客户端的一个SocketChannel。在建立连接前你无法做任何操作。

示例：

public static void blockMode(){
    try {
        ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();
        //绑定要监控的端口
        serverChannel.bind(new InetSocketAddress(9000));
        //获取入站请求socketChannel
        SocketChannel clientChannel = serverChannel.accept();
        ...
    } catch (Exception e) {
    }
}

非阻塞模式
如果没有入站连接，accept()返回null。非阻塞模式一般和Selector结合使用。

示例：

public static void nonBlockMode(){
    try {
        //创建一个selector
        Selector selector = Selector.open();
        //创建一个ServerSocketChannel
        ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();
        //设置成非阻塞模式
        serverChannel.configureBlocking(false);
        //绑定要监控的端口
        serverChannel.bind(new InetSocketAddress(9000));
        //接受入站请求
        serverChannel.accept();
        //将 serverChannel 注册到 selector 上
        serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
    } catch (Exception e) {
    }
}

SocketChannel

SocketChannel 类可以读写TCP Socket。数据必须编码到ByteBuffer对象中来完成读写。

open 方法

public static SocketChannel open()
创建一个SocketChannel，但不连接（没有指定目标ip和port），如果想使用非阻塞模式则使用该方法创建SocketChannel对象。

示例：

public static void nonSocketChannel() throws Exception {
    SocketChannel client = SocketChannel.open();
    client.configureBlocking(false);
    client.connet(new InetSocketAddress("192.168.1.10", 9000));
}

public static SocketChannel open(SocketAddress remote)
构造SocketChannel 对象，并使用阻塞模式连接目标地址。

connect 方法

public abstract boolean connect(SocketAddress remote)

非阻塞模式下，如果要连接远程服务器必须使用 connect 方法进行连接。

finishConnect 方法

public abstract boolean finishConnect()

阻塞模式：直接返回true，因为在构造SocketChannel的时候已经建立连接了。
非阻塞模式下：必须调用此方法来判断该方法是否已经建立网络连接，只有建立网络连接后才能进行读写操作。

判断网络连接状态

public abstract boolean isConnected()
判断是否已经连接。
public abstract boolean isConnectionPending()
判断连接是否正在连接状态

read 方法

public int read(ByteBuffer buf)
将 SocketChannel 中的数据读入填充到 buf 中
public final long read(ByteBuffer[] dsts)
将 SocketChannel 中的数据读入填充到 dsts[] 数组。按照数组顺序进行填充。
public long read(ByteBuffer[] dsts, int offset, int length)
将 SocketChannel 中的数据填充到 dsts[] 数组中，从第数组中的offset坐标开始填充，填充 length 个Bytebuffer。

write 方法

public int write(ByteBuffer src)
将 buf 中的数据写入到 SocketChannel 中
public final long write(ByteBuffer[] srcs)
将 srcs[] 数组中的数据写入到 SocketChannel 中，按照数组顺序一个一个写入。
public long write(ByteBuffer[] srcs, int offset, int length)
将 srcs[] 数组中的数据写入到 SocketChannel 中，从数组中 offset 坐标开始，写入length个ByteBuffer对象。

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