Java NIO 学习笔记（四）----文件通道和网络通道

目录：
Java NIO 学习笔记（一）----概述，Channel/Buffer
Java NIO 学习笔记（二）----聚集和分散，通道到通道
Java NIO 学习笔记（三）----Selector
Java NIO 学习笔记（四）----文件通道和网络通道
Java NIO 学习笔记（五）----路径、文件和管道 Path/Files/Pipe
Java NIO 学习笔记（六）----异步文件通道 AsynchronousFileChannel
Java NIO 学习笔记（七）----NIO/IO 的对比和总结

FileChannel 文件通道

FileChannel 是连接到文件的通道，可以从文件中读取数据，并将数据写入文件，可以替代使用标准 IO 读写文件的操作。

注意 FileChannel 无法设置为非阻塞模式。 它始终以阻塞模式运行。

打开 FileChannel

在使用 FileChannel 之前必须先将其打开。 无法直接打开 FileChannel ，必须通过 InputStream，OutputStream 或 RandomAccessFile 获取 FileChannel 。 以下是通过 RandomAccessFile 打开 FileChannel 的方法：

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

从 FileChannel 读写数据

这是通过调用 read()/write() 方法之一完成的，读和写都是针对一个 ByteBuufer 对象的。
这是一个例子：

// 这里省略 2 个 Channel 的定义...

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);
buffer.clear(); // 清除缓冲区，准备写入数据

int bytesRead = inChannel.read(buffer); // 将 inChannel 的数据读入缓冲区

buffer.flip(); // 反转缓冲区，就是把指针放到开头，并设置 limit 标记结尾

while(buffer.hasRemaining()) { // 只要缓冲区还有数据
    outChannel.write(buffer); // 就将缓冲区数据写入通道
}

分配缓冲区后，调用 FileChannel 对象的 read() 方法将 FileChannel 中的数据读入 Buffer ，返回的 int 代表读取的字节数。 如果返回 -1，则到达文件结尾。

使用 write() 方法将数据写入 FileChannel ，该方法同样将 Buffer 作为参数，注意在 while 循环中调用 write() 方法。 这是因为无法保证 write() 方法写入 FileChannel 的字节数。 因此，我们重复调用 write() 方法，直到 Buffer 中没有要写入通道的字节。

关闭 FileChannel

使用 FileChannel 后，必须将其关闭：

channel.close();

FileChannel Position 指定操作位置

可以调用 position() 方法获取 FileChannel 对象的当前位置，调用 position(long pos) 方法来设置 FileChannel 的位置，这样就可以在特定位置开始读取或写入 FileChannel 。
一个例子：

// 获取当前位置
long pos = channel.position();
// 指定通道的位置，0 <= position <= limit
channel.position(pos +123);

如果位置设置在文件结束后面：

  1. 读取操作将得到 -1 ---- 文件结束标记。
  2. 写入操作，文件将扩大到指定位置并写入数据。 这可能导致“文件漏洞”，磁盘上的物理文件数据中存在间隙。（比如开始顺序写入123后，此时 position=3，手动指定 position = 6，写入4，那此时磁盘物理文件应该是['1', '2', '3', '~', '~', '~', '4']，中间有3个位置是空的）

获取 FileChannel 的大小信息

FileChannel 对象的 size() 方法返回通道所连接文件的文件大小。 这是一个简单的例子：

long fileSize = channel.size();

FileChannel Truncate（截断）

可以通过调用 FileChannel 对象的 truncate() 方法截断文件。 截断文件时，会以给定长度将其剪切掉，即指定长度后面部分被删除。 这是一个例子，将文件长度截断为 1024 字节：

channel.truncate(1024);

将 FileChannel 数据强制保存到磁盘

FileChannel 对象的 void force(boolean metaData) 方法强制将所有未写入磁盘的数据从通道刷新到磁盘。 出于性能原因，操作系统可能会将数据缓存在内存中，因此在调用 force() 方法之前，无法保证写入通道的数据实际写入磁盘。
boolean 参数指定是否应该刷新文件元数据（权限信息等）到磁盘。

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

SocketChannel 套接字通道

SocketChannel 是连接到 TCP 网络套接字的通道，相当于 Java 网络编程的套接字。可以通过两种方式创建：

  1. 打开 SocketChannel 并连接到 Internet 上的某个服务器，即向服务器发出连接。
  2. 当传入连接到达 ServerSocketChannel 时，创建 SocketChannel ，即接收客户端发来的连接。

打开和关闭 SocketChannel

以下是打开SocketChannel的方法：

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

socketChannel.close();

InetSocketAddress 是 SocketAddress 类的子类，为(IP地址+端口号)类型，也就是端口地址类型，可以使用静态方法 createUnresolved(String host, int port) 获取对象，另外也能由构造函数 InetSocketAddress(InetAddress addr, int port) 创建，其中 InetAddress 对象可省略，也可用字符串代替。

通过 SocketChannel 读写数据

// 这里省略 2 个 Channel 的定义...

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);
buffer.clear(); // 清除缓冲区，准备写入数据
int bytesRead = socketChannel.read(buffer); // 将 socketChannel 的数据读入缓冲区

buffer.flip(); // 反转缓冲区，就是把指针放到开头，并设置 limit 标记结尾

while(buffer.hasRemaining()) { // 只要缓冲区还有数据
    channel.write(buffer);// 就将缓冲区数据写入通道
}

可以看到，基本和 FileChannel 的读写方式一致，首先分配缓冲区，然后调用 read() 方法。 此方法将数据从 SocketChannel 读入 Buffer 。 read() 方法返回的 int 代表写入了多少字节数据。 如果返回 -1 ，则到达流的末尾（连接已关闭）。调用 SocketChannel 对象的 write(Buffer buffer) 方法则可以将 Buffer 的数据写入 SocketChannel。

SocketChannel 的非阻塞模式

可以将 SocketChannel 设置为非阻塞模式，可以在异步模式下调用 connect()，read() 和 write() 方法。

connect()

如果 SocketChannel 处于非阻塞模式调用 connect() 方法，则可能会在建立连接之前返回。 要确定是否成功建立了连接，可以调用 finishConnect() 方法，它当且仅当已连接此通道的套接字时才返回 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() 方法可能在没有写入任何内容的情况下返回。 因此，需要在循环中调用 write() 方法。

while(buffer.hasRemaining()) { // 只要缓冲区还有数据
    channel.write(buffer);// 就将缓冲区数据写入通道
}
read()

在非阻塞模式下，read() 方法可能在没有读取任何数据的情况下返回。 因此，需要注意返回的 int ，它代表读取了多少字节。

带有选择器的非阻塞模式

使用 Selector 时，SocketChannel 的非阻塞模式效果更好。 通过使用选择器注册一个或多个 SocketChannel ，可以向选择器询问已准备好进行读取，写入的通道。后面会有更详细的提起，这里先不讲。

ServerSocketChannel

ServerSocketChannel 是一个可以侦听传入 TCP 连接的通道，就像标准 ServerSocket 一样。 这是一个例子：

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

while (true) {
    SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept(); // 监听传入的连接
    //do something with socketChannel...
}

serverSocketChannel.close();

ServerSocketChannel 可以设置为非阻塞模式。 在非阻塞模式下，accept() 方法调用后会立即返回，如果有连接传入，则返回 SocketChannel 对象，如果没有连接传入，则返回 null。 因此，必须检查返回的 SocketChannel 是否为空。如下：

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

while (true) {
    SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept(); // 监听传入的连接
     if(socketChannel != null){
        //do something with socketChannel...
        }
}

DatagramChannel 数据包通道

DatagramChannel 是可以发送和接收 UDP 数据包的通道。 由于 UDP 是一种无连接的网络协议，因此不能像在其他通道中那样读取和写入 DatagramChannel 。 而是通过发送和接收数据包的方式通信。

接收数据

DatagramChannel 是通过 receive() 方法接收数据的。 receive() 方法将接收到的数据包的内容复制到给定的 Buffer 中。 如果接收的数据包包含的数据多于缓冲区可以包含的数据，则会悄悄丢弃多出的数据。一个示例如下：

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

receiveBuffer.clear(); // 清除缓冲区，准备写入数据
serverChannel.receive(receiveBuffer);

receiveBuffer.flip(); // 反转缓冲区以准备被读取
System.out.println(new String(receiveBuffer.array(), 0, receiveBuffer.limit()));

发送数据

ByteBuffer sendBuffer = ByteBuffer.allocate(128);
sendBuffer.clear(); // 清除缓冲区，准备写入数据
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();

此示例将字符串发送到 UDP 本机的 9999 端口， 由于 UDP 不对数据传送做出任何保证，因此不会通知对方是否收到了发送的数据包。

连接到特定地址

可以将 DatagramChannel“连接”到网络上的特定地址。 由于 UDP 是无连接的，因此这种连接到地址的方式不会像 TCP 通道那样创建真正的连接。 它只会锁定 DatagramChannel ，让其只能从一个特定地址发送和接收数据包。一个示例：

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

连接后，还可以使用 read() 和 write() 方法，就像使用传统通道一样，只是在数据传送方面没有任何保证。 例子：

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