通道（Channel）

Posted 2021-01-20 AoTuDeMan

层次结构图

从上图可以看出，Channel是所有类的父类，它定义了通道的基本操作。从Channel引申出的其他接口都是面向字节的子接口，这也意味着通道只能在字节缓冲区（ByteBuffer）上操作。

Channel和Buffer

Channel和Buffer之间的关系，如下图所示：

Channel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。

通道基础

　　先来看一下基本的Channel接口，下面代码是Channel接口的完整源码：

 1 public interface Channel extends Closeable {
 2 
 3     /**
 4      * Tells whether or not this channel is open.  </p>
 5      *
 6      * @return <tt>true</tt> if, and only if, this channel is open
 7      */
 8     public boolean isOpen();
 9 
10     /**
11      * Closes this channel.
12      *
13      * <p> After a channel is closed, any further attempt to invoke I/O
14      * operations upon it will cause a {@link ClosedChannelException} to be
15      * thrown.
16      *
17      * <p> If this channel is already closed then invoking this method has no
18      * effect.
19      *
20      * <p> This method may be invoked at any time.  If some other thread has
21      * already invoked it, however, then another invocation will block until
22      * the first invocation is complete, after which it will return without
23      * effect. </p>
24      *
25      * @throws  IOException  If an I/O error occurs
26      */
27     public void close() throws IOException;
28 
29 }

　　和缓冲区不同，Channel的API主要由接口来指定。不同的操作系统上通道的实现会有根本性的差异，所以通道API仅仅描述了可以做什么，因此很自然的，通道实现经常使用操作系统的本地代码，通道接口允许开发者以一种受控且可移植的方式来访问底层的I/O服务。从上面最基础的源代码可以看出，所有的通道只有两种共同的操作：检查一个通道是否打开 isOpen() 方法和关闭一个打开了的通道 close()方法，其余所有的东西都是那些实现Channel接口以及它的子接口的类。

　　从最基础的Channel引申出的其他接口都是面向字节的子接口：在Channel的众多实现中，有一个SelectableChannel实现，其表示可被选择的通道。任何一个SelectableChannel都可以将自己注册到一个Selector中，这样，这个Channel就能被Selector（如果对Selector不了解，可看文章I/O 模型中Selector部分）所管理，而一个Selector可以管理多个SelectableChannel。当这个SelectableChannel的数据准备好时，Selector就会接到通知，去获取那些准备好的数据。而SocketChannel就是SelectableChannel的一种。

　　同时，通道只能在字节缓冲区上操作。层次接口表明其他数据类型的通道也可以从Channel接口引申而来。这是一种很好的映射，不过非字节实现是不可能的，因为操作系统都是以字节的形式实现底层I/O接口的。

Channel的主要实现

　　FileChannel:用于读取、写入、映射和操作文件的通道。

　　DatagramChannel：通过UDP读写网络中的数据通道。

　　SocketChannel：通过tcp读写网络中的数据。

　　ServerSocketChannel：可以监听新进来的tcp连接，对每一个连接都创建一个SocketChannel。

获取通道的方式

　　（1）通过getChannel()方法获取；

　　　　前提是该类支持该方法。支持该类的方法有：FileInputStream、FileOutputStream、RandomAccessFile、Socket、ServerSocket、DatagramSocket。

　　（2）通过静态方法open()；

　　（3）通过JDK1.7中的Files的newByteChannel()方法；

Scatter（分散）/Gather（聚集）

　　❤ 分散：从Channel中读取是指在读操作时将读取的数据写入多个Buffer中，因此，Channel将从Channel中读取的数据分散到多个Buffer中；

　　❤ 聚集：指将数据写入到Channel中时将多个Buffer的数据写入同一个Channel，因此，Channel将多个Buffer中的数据聚集后发送到Channel。

下面例子是分散：

ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(128);
ByteBuffer body   = ByteBuffer.allocate(1024);
ByteBuffer[] bufferArray = { header, body };
channel.read(bufferArray);

read()方法按照buffer在数组中的顺序将从channel中读取的数据写入到buffer，当一个buffer被写满后，channel紧接着向另一个buffer中写。

 认识了解Channel

看一下基本的Channel接口：

ByteChannel：

1 public interface ByteChannel
2     extends ReadableByteChannel, WritableByteChannel
3 {
4 
5 }

 WritableByteChannel：

public interface WritableByteChannel
    extends Channel
{
    public int write(ByteBuffer src) throws IOException;

}

 ReadableByteChannel ：

public interface ReadableByteChannel extends Channel {
    public int read(ByteBuffer dst) throws IOException;

}

 　　通道可以是单向的也可以是双向的。一个Channel类可能只实现了定义read() 方法的 ReadableByteChannel接口，而另一个Channel类也许只是实现了定义write() 方法的 WritableChannel接口，那么实现这两种接口之一的类都是单向的，就只能在一个方向上传输数据。如果一个类同时实现了这两个接口，那么这个类它就是双向的，可以进行双向的传输数据，就像上面的ByteChannel。

　　通道不仅可以单向双向，也可以是阻塞和非阻塞的，非阻塞模式的通道永远不会让调用的线程休眠，请求的操作要么立即完成，要么返回一个结果表明未进行任何操作。只有面向流（stream-oriented）的通道，如sockets和pipes才能使用非阻塞模式（例如：从SelectableChannel引申而来的类可以和支持选择的选择器（Selector）一起使用）。

文件通道

由于我们在开发中文件I/O用到的地方比较多，所以对于文件通道必须要详细了解。

　　通道是访问I/O服务的导管，I/O可以广义的分为两大类：File I/O和Stream I/O。那么相应的，通道也可以广义上的分外两种类型，分别是文件（File）Channel和套接字（Socket）通道。文件通道指的是 FileChannel，套接字通道则有三个，分别是SocketChannel、ServerSocketChannel和DatagramChannel。

　　通道可以通过多种方式创建。Socket通道可以通过Socket通道的工厂方法直接创建，但是一个FileChannel对象却只能通过一个打开的RandomAccessFile、FileInputStream或FileOutputStream对象上调用getChannel()方法来获取，开发者不能直接创建一个FileChannel。

接下来通过UML图来了解一下文件通道的类层次关系：

文件通道总是阻塞的，因此不能被置于非阻塞模式下。

　　前面提到过，FileChannel对象不能直接创建，一个FileChannel实例只能通过一个打开的File对象（RandomAccessFile、FileInputStream或FileOutputStream）上调用getChannel()方法获取，通过调用getChannel()方法会返回一个连接到相同文件的FileChannel对象且该FileChannel对象具有与File对象相同的访问权限，然后就可以使用通道对象来利用强大的FileChannel API了。

　　FileChannel对象是线程安全的，多个线程可以在同一个实例上并发调用方法而不会引起任何问题，不过并非所有操作都是多线程的。影响通道位置或者影响文件的操作都是单线程的，如果有一个线程已经在执行会影响通道位置或文件大小的操作，那么其他想尝试进行此类操作之一的线程必须等待，并发行为也会受到底层操作系统或者文件系统的影响。

使用文化通道

　　下面通过使用文件通道，读取文件中的数据：

 1 public static void main(String[] args) throws Exception{
 2         File file = new File("D:/ceshi.txt");
 3         FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
 4         FileChannel fc = fis.getChannel();
 5         ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocate(35);
 6         fc.read(bb);
 7         bb.flip();
 8         while (bb.hasRemaining())
 9         {
10             System.out.print((char)bb.get());
11         }
12         bb.clear();
13         fc.close();
14     }

输出结果

Hello !
    FileChannel.

这是最简单的操作，前面讲过文件通道必须通过一个打开的RandomAccessFile、FileInputStream、FileOutputStream获取到，因此这里使用FileInputStream来获取FileChannel。接着只要使用read方法将内容读取到缓冲区内即可，缓冲区内有了数据，就可以使用前文对于缓冲区的操作读取数据了。

接着看一下使用文件通道写数据：

 1 public static void main(String[] args) throws Exception{
 2         File file = new File("D:/ceshi.txt");
 3         RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(file, "rw");
 4         FileChannel fc = raf.getChannel();
 5         ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocate(60);
 6         String str = "Hello,FileChannel!";
 7         bb.put(str.getBytes());
 8         bb.flip();
 9         fc.write(bb);
10         bb.clear();
11         fc.close();
12     }

输出结果

这里使用了RandomAccessFile去获取FileChannel，然后操作其实差不多，write方法写ByteBuffer中的内容至文件中，注意写之前还是要先把ByteBuffer给flip一下。

可能有人觉得这种连续put的方法非常不方便，但是没有办法，之前已经提到过了：通道只能使用ByteBuffer。

参考：https://www.cnblogs.com/xrq730/p/5080503.html