NIO-Channel

Posted 2021-03-24 jack-blog

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  • 如何使用
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NIO-Channel

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NIO-概览
NIO-Buffer
NIO-Channel
NIO-Channel源码解析

前言

本来是想学习Netty的，但是Netty是一个NIO框架，因此在学习netty之前，还是先梳理一下NIO的知识。通过剖析源码理解NIO的设计原理。

本系列文章针对的是JDK1.8.0.161的源码。

什么是Channel

通道(Channel)是对原I/O包中的流的模拟。与文件设备I/O交互的所有数据都必须通过一个Channel对象。

上一节我们提到在NIO中使用缓冲区来存放指定基元的数据，我们可以通过Buffer来读写数据。
将数据写入到硬盘时，我们可以将字节数据写入到缓冲区中；若我们要从硬盘读取数据，则需要通过通道将数据写入到缓冲区，然后再从缓冲区读取数据。

通道类型

根据不同的使用方式，分为不同的通道。比如我们需要网络读写，就需要网络交互的通道。需要文件读写就需要文件交互的通道。
NIO实现了Sctp协议、TCP协议、UDP协议以及文件传输四种通道，同时还实现了Windows平台的异步Socket通道以及异步文件通道。

windows平台的异步I/O是通过重叠I/O和IOCP(I/O完成端口)实现的，想要了解windows异步I/O的知识可以看一下我另一篇文章《Windows内核原理-同步IO与异步IO》

类型	通道
Sctp协议客户端	SctpChannel
Sctp协议多播客户端	SctpMultiChannel
Sctp协议服务端	SctpServerChannel
UDP协议	DatagramChannel
TCP协议同步I/O服务端	ServerSocketChannel
TCP协议同步I/O客户端	ServerChannel
文件读写	FileChannel

对于Windows平台的异步通道

类型	通道
TCP协议异步I/O服务端	WindowsAsynchronousServerSocketChannel
TCP协议异步I/O客户端	WindowsAsynchronousSocketChannel
异步文件读写	WindowsAsynchronousFileChannel

另外NIO还实现了一个单向通讯管道(Pipe)的功能，通过引入SourceChannel和SinkChannel实现，底层实际还是Socket通讯。

如何使用

在介绍不同的Channel的实现之前我们先介绍下Channel如何使用。

ServerSocketChannel

以TCP协议为例，我们进行网络收发的时候，首先需要创建一个ServerSocketChannel用于监听端口。

//创建一个服务端socket通道用于接收连接
ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
//绑定监听地址
serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8080));
//等待连接
SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();

我们监听了8080端口。若没有连接时，线程会阻塞在accept。

当有收到新的连接创建时，会获取到SocketChannel,此时我们需要创建一个Buffer用来从Channel中读取数据。

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
//数据将写入到buffer中
int length = socketChannel.read(buf);

数据写入到我们的Buffer中，我们就需要将他们读出来

buf.flip();  //转化为可读模式
byte[] data = new byte[length];
buf.get(data);

将数据从Buffer写入到Channel时

buf.clear(); 
byte[] resp = {'O','K'};
buf.put(resp);
buf.flip();//转换为读模式
socketChannel.write(buf);

这里为了方便直接使用原来的Buffer。

SocketChannel

作为客户端我们需要创建一个SocketChannel。

SocketChannel.open();
client.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 6060));

发送HELLO给服务端

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
byte[] data = {'H', 'E', 'L', 'L', 'O'};
buffer.put(data);
buffer.flip();//转换为读模式
client.write(buffer);

阻塞等待读取数据

buffer.clear();
client.read(buffer);
buffer.flip();//转换为读模式

处理完成，需要关闭释放连接

//关闭客户端输入流
client.socket().shutdownInput();
//关闭客户端输出流
client.socket().shutdownOutput();
//关闭客户端socket时会关闭客户端channel
client.socket().close();
//关闭客户端channel，会同时关闭输入和输出流。
client.close();

关闭输出流会发送FIN包，若输入流未关闭仍然可以继续接收数据，这就是TCP的半连接。若处理完最后需要确保channel关闭。

FileChannel

FileChannel只能被FileInputStream、FileOutputStream、RandomAccessFile创建

RandomAccessFile

使用RandomAccessFile创建FileChannel

//第一个参数时文件名，第二个参数是读写方式
RandomAccessFile randomAccessFile = new RandomAccessFile("1.txt","rw");
FileChannel channel = randomAccessFile.getChannel();

FileInputStream

使用RandomAccessFile创建FileChannel

FileInputStream  inputStream = new FileInputStream("1.txt");
channel  = inputStream.getChannel();

inputStream获取的FileChannel只能读

FileOutputStream

使用RandomAccessFile创建FileChannel

FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream("1.txt");
channel  = outputStream.getChannel();

inputStream获取的FileChannel只能写

关闭FileChannel

关闭FileChannel的方法和关闭SocketChannel方法一样。

//关闭channel时会关闭文件
channel.close();
//关闭文件时会关闭channel
randomAccessFile.close();
//关闭文件流时会关闭channel
inputStream.close();
//关闭文件流时会关闭channel
inputStream.close();

总结

由于源码解析的篇幅较长，因此将《channle源码解析》单独分出来一篇文章。

相关文献

1. SCTP协议详解
2. 史上最强Java NIO入门：担心从入门到放弃的，请读这篇！
3. Java NIO系列教程

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出处：https://www.cnblogs.com/Jack-Blog/p/12015516.html
作者：杰哥很忙
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