Java NIO 學習筆記（四）----檔案通道和網路通道

阿新 • • 發佈：2018-11-30

目錄：
Java NIO 學習筆記（一）----概述，Channel/Buffer
Java NIO 學習筆記（二）----聚集和分散，通道到通道
 Java NIO 學習筆記（三）----Selector
Java NIO 學習筆記（四）----檔案通道和網路通道

FileChannel 檔案通道

FileChannel 是連線到檔案的通道，可以從檔案中讀取資料，並將資料寫入檔案，可以替代使用標準 IO 讀寫檔案的操作。

注意 FileChannel 無法設定為非阻塞模式。它始終以阻塞模式執行。

開啟 FileChannel

在使用 FileChannel 之前必須先將其開啟。無法直接開啟 FileChannel ，必須通過 InputStream，OutputStream 或 RandomAccessFile 獲取 FileChannel 。以下是通過 RandomAccessFile 開啟 FileChannel 的方法：

RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("D:\\test\\input.txt", "rw");
FileChannel inChannel = aFile.getChannel();

從 FileChannel 讀寫資料

這是通過呼叫 read()/write() 方法之一完成的，讀和寫都是針對一個 ByteBuufer 物件的。
這是一個例子：

// 這裡省略 2 個 Channel 的定義...

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);
buffer.clear(); // 清除緩衝區，準備寫入資料

int bytesRead = inChannel.read(buffer); // 將 inChannel 的資料讀入緩衝區

buffer.flip(); // 反轉緩衝區，就是把指標放到開頭，並設定 limit 標記結尾

while(buffer.hasRemaining()) { // 只要緩衝區還有資料
    outChannel.write(buffer); // 就將緩衝區資料寫入通道
}

分配緩衝區後，呼叫 FileChannel 物件的 read() 方法將 FileChannel 中的資料讀入 Buffer ，返回的 int 代表讀取的位元組數。如果返回 -1，則到達檔案結尾。

使用 write() 方法將資料寫入 FileChannel ，該方法同樣將 Buffer 作為引數，注意在 while 迴圈中呼叫 write() 方法。這是因為無法保證 write() 方法寫入 FileChannel 的位元組數。因此，我們重複呼叫 write() 方法，直到 Buffer 中沒有要寫入通道的位元組。

關閉 FileChannel

使用 FileChannel 後，必須將其關閉：

channel.close();

FileChannel Position 指定操作位置

可以呼叫 position() 方法獲取 FileChannel 物件的當前位置，呼叫 position(long pos) 方法來設定 FileChannel 的位置，這樣就可以在特定位置開始讀取或寫入 FileChannel 。
一個例子：

// 獲取當前位置
long pos = channel.position();
// 指定通道的位置，0 <= position <= limit
channel.position(pos +123);

如果位置設定在檔案結束後面：

讀取操作將得到 -1 ---- 檔案結束標記。
寫入操作，檔案將擴大到指定位置並寫入資料。這可能導致“檔案漏洞”，磁碟上的物理檔案資料中存在間隙。（比如開始順序寫入123後，此時 position=3，手動指定 position = 6，寫入4，那此時磁碟物理檔案應該是['1', '2', '3', '~', '~', '~', '4']，中間有3個位置是空的）

獲取 FileChannel 的大小資訊

FileChannel 物件的 size() 方法返回通道所連線檔案的檔案大小。這是一個簡單的例子：

long fileSize = channel.size();

FileChannel Truncate（截斷）

可以通過呼叫 FileChannel 物件的 truncate() 方法截斷檔案。截斷檔案時，會以給定長度將其剪下掉，即指定長度後面部分被刪除。這是一個例子，將檔案長度截斷為 1024 位元組：

channel.truncate(1024);

將 FileChannel 資料強制儲存到磁碟

FileChannel 物件的 void force(boolean metaData) 方法強制將所有未寫入磁碟的資料從通道重新整理到磁碟。出於效能原因，作業系統可能會將資料快取在記憶體中，因此在呼叫 force() 方法之前，無法保證寫入通道的資料實際寫入磁碟。
boolean 引數指定是否應該重新整理檔案元資料（許可權資訊等）到磁碟。

channel.force(true);
channel.force(flase);

SocketChannel 套接字通道

SocketChannel 是連線到 TCP 網路套接字的通道，相當於 Java 網路程式設計的套接字。可以通過兩種方式建立：

開啟 SocketChannel 並連線到 Internet 上的某個伺服器，即向伺服器發出連線。
當傳入連線到達 ServerSocketChannel 時，建立 SocketChannel ，即接收客戶端發來的連線。

開啟和關閉 SocketChannel

以下是開啟SocketChannel的方法：

SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
socketChannel.connect(new InetSocketAddress("http://baidu.com", 80));

socketChannel.close();

InetSocketAddress 是 SocketAddress 類的子類，為(IP地址+埠號)型別，也就是埠地址型別，可以使用靜態方法 createUnresolved(String host, int port) 獲取物件，另外也能由建構函式 InetSocketAddress(InetAddress addr, int port) 建立，其中 InetAddress 物件可省略，也可用字串代替。

通過 SocketChannel 讀寫資料

// 這裡省略 2 個 Channel 的定義...

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);
buffer.clear(); // 清除緩衝區，準備寫入資料
int bytesRead = socketChannel.read(buffer); // 將 socketChannel 的資料讀入緩衝區

buffer.flip(); // 反轉緩衝區，就是把指標放到開頭，並設定 limit 標記結尾

while(buffer.hasRemaining()) { // 只要緩衝區還有資料
    channel.write(buffer);// 就將緩衝區資料寫入通道
}

可以看到，基本和 FileChannel 的讀寫方式一致，首先分配緩衝區，然後呼叫 read() 方法。此方法將資料從 SocketChannel 讀入 Buffer 。 read() 方法返回的 int 代表寫入了多少位元組資料。如果返回 -1 ，則到達流的末尾（連線已關閉）。呼叫 SocketChannel 物件的 write(Buffer buffer) 方法則可以將 Buffer 的資料寫入 SocketChannel。

SocketChannel 的非阻塞模式

可以將 SocketChannel 設定為非阻塞模式，可以在非同步模式下呼叫 connect()，read() 和 write() 方法。

connect()

如果 SocketChannel 處於非阻塞模式呼叫 connect() 方法，則可能會在建立連線之前返回。要確定是否成功建立了連線，可以呼叫 finishConnect() 方法，它當且僅當已連線此通道的套接字時才返回 true 。
如下所示：

socketChannel.configureBlocking(false);
socketChannel.connect(new InetSocketAddress("http://baidu.com", 80));

while(! socketChannel.finishConnect() ){
    //wait, or do something else...    
}

write()

在非阻塞模式下，write() 方法可能在沒有寫入任何內容的情況下返回。因此，需要在迴圈中呼叫 write() 方法。

while(buffer.hasRemaining()) { // 只要緩衝區還有資料
    channel.write(buffer);// 就將緩衝區資料寫入通道
}

read()

在非阻塞模式下，read() 方法可能在沒有讀取任何資料的情況下返回。因此，需要注意返回的 int ，它代表讀取了多少位元組。

帶有選擇器的非阻塞模式

使用 Selector 時，SocketChannel 的非阻塞模式效果更好。通過使用選擇器註冊一個或多個 SocketChannel ，可以向選擇器詢問已準備好進行讀取，寫入的通道。後面會有更詳細的提起，這裡先不講。

ServerSocketChannel

ServerSocketChannel 是一個可以偵聽傳入 TCP 連線的通道，就像標準 ServerSocket 一樣。這是一個例子：

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));

while (true) {
    SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept(); // 監聽傳入的連線
    //do something with socketChannel...
}

serverSocketChannel.close();

ServerSocketChannel 可以設定為非阻塞模式。在非阻塞模式下，accept() 方法呼叫後會立即返回，如果有連線傳入，則返回 SocketChannel 物件，如果沒有連線傳入，則返回 null。因此，必須檢查返回的 SocketChannel 是否為空。如下：

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));
serverSocketChannel.configureBlocking(false);

while (true) {
    SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept(); // 監聽傳入的連線
     if(socketChannel != null){
        //do something with socketChannel...
        }
}

DatagramChannel 資料包通道

DatagramChannel 是可以傳送和接收 UDP 資料包的通道。由於 UDP 是一種無連線的網路協議，因此不能像在其他通道中那樣讀取和寫入 DatagramChannel 。而是通過傳送和接收資料包的方式通訊。

接收資料

DatagramChannel 是通過 receive() 方法接收資料的。 receive() 方法將接收到的資料包的內容複製到給定的 Buffer 中。如果接收的資料包包含的資料多於緩衝區可以包含的資料，則會悄悄丟棄多出的資料。一個示例如下：

ByteBuffer receiveBuffer = ByteBuffer.allocate(128);
DatagramChannel serverChannel = DatagramChannel.open();
serverChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));

receiveBuffer.clear(); // 清除緩衝區，準備寫入資料
serverChannel.receive(receiveBuffer);

receiveBuffer.flip(); // 反轉緩衝區以準備被讀取
System.out.println(new String(receiveBuffer.array(), 0, receiveBuffer.limit()));

傳送資料

ByteBuffer sendBuffer = ByteBuffer.allocate(128);
sendBuffer.clear(); // 清除緩衝區，準備寫入資料
byte[] sendData = "string from cilent".getBytes();
sendBuffer.put(sendData);

DatagramChannel clientChannel = DatagramChannel.open();
int sendSuccess = clientChannel.send(sendBuffer, new InetSocketAddress("127.0.0.1", 9999));
System.out.println("sendSuccess: " + sendSuccess);
clientChannel.close();

此示例將字串傳送到 UDP 本機的 9999 埠，由於 UDP 不對資料傳送做出任何保證，因此不會通知對方是否收到了傳送的資料包。

連線到特定地址

可以將 DatagramChannel“連線”到網路上的特定地址。由於 UDP 是無連線的，因此這種連線到地址的方式不會像 TCP 通道那樣建立真正的連線。它只會鎖定 DatagramChannel ，讓其只能從一個特定地址傳送和接收資料包。一個示例：

channel.connect(new InetSocketAddress("baidu.com", 80));

連線後，還可以使用 read() 和 write() 方法，就像使用傳統通道一樣，只是在資料傳送方面沒有任何保證。例子：

int bytesRead = channel.read(buf);    
int bytesWritten = channel.write(buf);