一篇學(xué)會(huì) Java NIO Channel 的使用

作者： SH的全棧筆記 2022-01-12 07:36:01

要從 channel 中讀取數(shù)據(jù)(也就是上面這個(gè)例子)，需要先將數(shù)據(jù)讀到 ByteBuffer 中;同理，要想向 channel 中寫入數(shù)據(jù)，也需要先將數(shù)據(jù)寫入 ByteBuffer(下面講輸出流的時(shí)候會(huì)講)。

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Java NIO 中的 Channel 分類：

FileChannel
SocketChannel
ServerSocketChannel
DatagramChannel

channel 分類

FileChannel: 主要用于文件的讀寫，可以從磁盤上讀取文件，也可以向磁盤上寫入文件。

SocketChannel：用于 Socket 的 TCP 連接的數(shù)據(jù)讀寫，既可以從 Channel 讀數(shù)據(jù)，也可以向 Channle 中寫入數(shù)據(jù)

ServerSocketChannel：通過 ServerSocketChannel 可以監(jiān)聽 TCP 連接，服務(wù)端監(jiān)聽到連接之后，會(huì)為每個(gè)請(qǐng)求創(chuàng)建一個(gè) SocketChannel

DatagramChannel：用于 UDP 協(xié)議的數(shù)據(jù)讀寫

接下來就分別介紹一下。

FileChannel

主要用于操作文件，廢話不多說，直接看例子。

準(zhǔn)備文件 test-file.txt ，內(nèi)容 shDEQuanZhanBiJi

test-file.txt 文件

輸入 FileInputStream

用于從 FileChannel 中讀取數(shù)據(jù)，例如將指定文件輸入到 FileChannel 中，我們就能獲取到文件的內(nèi)容，接下來編寫 FileChannel 的輸入流核心代碼：

public static void main(String[] args) throws IOException { 
  // 創(chuàng)建一個(gè)輸入流 
  FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("test-file.txt"); 
  // 通過輸入流獲取到 channel 
  FileChannel fileChannel = fileInputStream.getChannel(); 
 
  // 準(zhǔn)備好 ByteBuffer 
  ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16); 
  // 將 輸入流 的 channel 的數(shù)據(jù)讀入 buffer 中 
  fileChannel.read(buffer); 
 
  // 簡(jiǎn)單打印 buffer 的內(nèi)容 
  printBuffer(buffer); // shDEQuanZhanBiJi 
}

這里面的 ByteBuffer 是 channel 進(jìn)行讀、寫數(shù)據(jù)的中間媒介。要從 channel 中讀取數(shù)據(jù)(也就是上面這個(gè)例子)，需要先將數(shù)據(jù)讀到 ByteBuffer 中;同理，要想向 channel 中寫入數(shù)據(jù)，也需要先將數(shù)據(jù)寫入 ByteBuffer(下面講輸出流的時(shí)候會(huì)講)。

對(duì) ByteBuffer 不熟悉的可以先看看我之前寫的《玩轉(zhuǎn) ByteBuffer》，printBuffer 的代碼里面也有

輸出 FileOutputStream

顧名思義，是 FileChannel 要向外輸出數(shù)據(jù)，例如將數(shù)據(jù)寫入到磁盤文件上，接下來通過例子看看效果：

public static void main(String[] args) throws IOException { 
  // 指定需要生成的文件名稱 
  String generateFileName = "generate-file.txt"; 
  // 創(chuàng)建一個(gè)輸出流 
  FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(generateFileName); 
  // 通過輸出流獲取到 channel 
  FileChannel fileChannel = fileOutputStream.getChannel(); 
 
  // 準(zhǔn)備好 ByteBuffer, 并向里面寫入數(shù)據(jù) 
  ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16); 
  buffer.put("shDEQuanZhanBiJi".getBytes(StandardCharsets.UTF_8)); 
 
  // 將 輸入流 的 channel 的數(shù)據(jù)讀入 buffer 中 
  fileChannel.write(buffer); 
  fileChannel.close(); 
}

相應(yīng)的注釋都已經(jīng)貼在對(duì)應(yīng)的代碼上了，細(xì)節(jié)在此不再贅述。唯一需要關(guān)注的是，調(diào)用 write 寫文件到磁盤上時(shí)，也是先傳入的 ByteBuffer。

好了，當(dāng)你運(yùn)行完代碼你會(huì)發(fā)現(xiàn)，雖然文件是生成的了，但是里面卻是空白的...這其實(shí)就涉及到對(duì) ByteBuffer 的熟悉程度了，算是埋的一個(gè)坑。

如果不知道為啥文件是空的，可以去看看上面講 ByteBuffer 的文章，接下來是解答。

這是因?yàn)槲覀儎?chuàng)建一個(gè) ByteBuffer 的時(shí)候默認(rèn)是處于寫模式的，此時(shí)如果去通過 position 和 limit 去讀取數(shù)據(jù)是讀不到的。所以在調(diào)用 write 之前，我們需要先將 ByteBuffer 切換到讀模式，完整代碼如下：

public static void main(String[] args) throws IOException { 
  // 指定需要生成的文件名稱 
  String generateFileName = "generate-file.txt"; 
  // 創(chuàng)建一個(gè)輸出流 
  FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(generateFileName); 
  // 通過輸出流獲取到 channel 
  FileChannel fileChannel = fileOutputStream.getChannel(); 
 
  // 準(zhǔn)備好 ByteBuffer, 并向里面寫入數(shù)據(jù) 
  ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16); 
  buffer.put("shDEQuanZhanBiJi".getBytes(StandardCharsets.UTF_8)); 
 
  // 將 ByteBuffer 切換到讀模式 
  buffer.flip(); 
  // 將 輸入流 的 channel 的數(shù)據(jù)讀入 buffer 中 
  fileChannel.write(buffer); 
   
  fileChannel.close(); 
}

可以看到，文件生成了，內(nèi)容也有了：

但是呢，上面將的兩種要么只能寫，要么只能讀。例如 FileInputStream 如果你硬要往 channel 里懟數(shù)據(jù)，程序最后會(huì)拋出 NonWritableChannelException 異常，告訴你這玩意兒寫不了。

那有沒有一個(gè)既能寫，又能讀還能唱跳的實(shí)現(xiàn)呢?當(dāng)然有，那就是 RandomAccessFile。

這里提一嘴，調(diào)用完 write 并不是立即就寫入磁盤，也可以在操作系統(tǒng)的緩存里。如果需要立即刷盤，則調(diào)用 channel.force(true); 即可。

RandomAccessFile

怎么用的呢?其實(shí)跟之前兩個(gè)差不多：

public static void main(String[] args) throws IOException { 
  // 指定需要生成的文件名稱 
  String targetFileName = "target-file.txt"; 
  // 創(chuàng)建 RandomAccessFile, 賦予可讀(r)、可寫(w)的權(quán)限 
  RandomAccessFile accessFile = new RandomAccessFile(targetFileName, "rw"); 
  FileChannel fileChannel = accessFile.getChannel(); 
 
  // 創(chuàng)建 ByteBuffer 并寫入數(shù)據(jù) 
  ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16); 
  buffer.put("shDEQuanZhanBiJi".getBytes(StandardCharsets.UTF_8)); 
  // 切換到 buffer 的讀模式 
  buffer.flip(); 
  // 調(diào)用 write 將 buffer 的數(shù)據(jù)寫入到 channel, channel 再寫數(shù)據(jù)到磁盤文件 
  fileChannel.write(buffer); 
 
  // 相當(dāng)于清空 buffer 
  buffer.clear(); 
  // 將之前寫入到 channel 的數(shù)據(jù)再讀入到 buffer 
  fileChannel.read(buffer); 
 
  // 打印 buffer 中的內(nèi)容 
  printBuffer(buffer); 
 
  fileChannel.close(); 
}

運(yùn)行之后的效果就是，會(huì)生成一個(gè)名為 target-file.txt 的文件，內(nèi)容就是 shDEQuanZhanBiJi。并且控制臺(tái)會(huì)將之前寫入 channel 的 shDEQuanZhanBiJi 打印出來。

老規(guī)矩，細(xì)節(jié)都在注釋中。值得注意的是 new RandomAccessFile(targetFileName, "rw"); 里的 rw 。注釋里也寫了，代表賦予可讀、可寫的權(quán)限。

再值得注意的是，你不能說把 rw 改成 w。

不能這么玩，因?yàn)樗褪且粋€(gè)單純的字符串匹配，可供選擇的就這么些：

mode 類型

可以看到，r 必不可少...：
r 只能讀
rw 既能讀，也能寫

rws 和 rwd 功能和 rw 大致是相同的，可讀、可寫。唯一區(qū)別是他們會(huì)將每次改動(dòng)強(qiáng)制刷到磁盤，并且 rws 會(huì)將操作系統(tǒng)對(duì)該文件的元數(shù)據(jù)也一起刷盤，體現(xiàn)就是文件的更新時(shí)間會(huì)更新，而 rwd 不會(huì)將文件的元數(shù)據(jù)刷盤

兩個(gè) SocketChannel

由于這倆一個(gè)負(fù)責(zé)連接傳輸，另一個(gè)負(fù)責(zé)連接的監(jiān)聽，所以就放在一起來講了。這一小節(jié)我們大概要做這件事：

客戶端發(fā)送文件到服務(wù)器

但是為了能讓大家直接運(yùn)行起來，客戶端這側(cè)就不從磁盤文件讀取了，直接用 ByteBuffer。大家可以運(yùn)行起來之后，自己嘗試從磁盤上去加載。還是先看代碼，首先是服務(wù)器的：

ServerSocketChannel

public static void main(String[] args) throws IOException { 
  // 打開一個(gè) ServerSocketChannel 
  ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open(); 
  // 綁定 8080 端口 
  serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080)); 
 
  // 開始接受客戶端連接 
  SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept(); 
  // 獲取連接成功 
  System.out.printf("socketChannel %s connected\n", socketChannel); 
  // 準(zhǔn)備 ByteBuffer 以從 socketChannel 中讀取數(shù)據(jù) 
  ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16); 
 
  // 開始讀取數(shù)據(jù) 
  System.out.println("before read"); 
  int read = socketChannel.read(buffer); 
  System.out.printf("read complete, read bytes length: %s \n", read); 
 
  printBuffer(buffer); 
}

這里我們使用的是 Java NIO 中默認(rèn)的阻塞模式，僅僅作為一個(gè)掩飾，如果想要 ServerSocketChannel 進(jìn)入非阻塞模式，可在 open 之后，調(diào)用:

serverSocketChannel.configureBlocking(false);

由于我們這里是阻塞模式，所以在代碼運(yùn)行到 serverSocketChannel.accept(); 時(shí)，會(huì)陷入阻塞狀態(tài)，直到有客戶端過來建立連接。同理，read 方法也是阻塞的，如果客戶端一直沒有寫入數(shù)據(jù)，那么服務(wù)器就會(huì)一直阻塞在 read 。

SocketChannel

直接先給代碼：

public static void main(String[] args) throws IOException { 
  // 打開一個(gè) SocketChannel 
  SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(); 
  // 連接到 localhost 的 8080 端口 
  socketChannel.connect(new InetSocketAddress("localhost", 8080)); 
 
  // 準(zhǔn)備 ByteBuffer 
  ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16); 
  buffer.put(Charset.defaultCharset().encode("test")); 
 
  // 將 buffer 切換成讀模式 & 向 channel 中寫入數(shù)據(jù) 
  buffer.flip(); 
  socketChannel.write(buffer); 
}

先啟動(dòng)服務(wù)器，再啟動(dòng)客戶端。可以看到服務(wù)器側(cè)的控制臺(tái)有如下的輸出：

socketChannel java.nio.channels.SocketChannel[connected local=/127.0.0.1:8080 remote=/127.0.0.1:64373] connected 
before read 
read complete, read bytes length: 4  
BUFFER VALUE: test

Datagram

這個(gè)就比較簡(jiǎn)單，首先是客戶端的代碼：

public static void main(String[] args) throws IOException { 
  DatagramChannel datagramChannel = DatagramChannel.open(); 
 
  // 構(gòu)建 buffer 數(shù)據(jù) 
  ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16); 
  buffer.put(Charset.defaultCharset().encode("test")); 
 
  // 切換到 buffer 的讀模式 
  buffer.flip(); 
  datagramChannel.send(buffer, new InetSocketAddress("localhost", 8080)); 
}

然后是服務(wù)器：

public static void main(String[] args) throws IOException { 
  DatagramChannel datagramChannel = DatagramChannel.open(); 
  datagramChannel.bind(new InetSocketAddress(8080)); 
 
  ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16); 
  datagramChannel.receive(buffer); 
 
  printBuffer(buffer); 
}