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2018-10-24

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原创

一、通道

由 java.nio.channels 包定义的。Channel 表示 IO 源与目标打开的连接。 Channel 类似于传统的“流”。只不过 Channel 本身不能直接访问数据，Channel 只能与 Buffer 进行交互。

二、通道图解

早期io请求都有cpu处理，cpu的占用率非常高
后来在内存和io接口之间搞了个 DMA(直接存储器)，在io接口发起读写请求是，DMA会向cpu申请处理权限，cpu授权后，之后io操作，DMA全权处理，这就是传统io方式
再后来，DMA 方式更新成 Channel，Channel 是完全独立的专门用于io操作，早io操作时不需要与cpu交互。

三、Java为Channel接口提供的最主要的实现类

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，对每一个新进来的连接都会创建一个 SocketChannel。

四、通道的获取

取通道的一种方式是对支持通道的对象调用 getChannel() 方法。支持通道的类如下:

FileInputStream
FileOutputStream
RandomAccessFile
DatagramSocket
Socket
ServerSocket

获取通道的其他方式是使用 Files 类的静态方法 newByteChannel() 获取字节通道。或者通过通道的静态方法 open() 打开并返回指定通道。

五、通道的数据传输

将 Buffer 中数据写入 Channel

FileChannel inChannel = FileChannel.open( Paths.get( "/Users/huanchu/Documents/1.txt") , StandardOpenOption.READ , StandardOpenOption.WRITE , StandardOpenOption.CREATE );
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate( 100 );
buf.put( "hello world".getBytes() );
int bytesWrite = inChannel.write(buf)

从 Channel 读取数据到 Buffer

FileChannel inChannel = FileChannel.open( Paths.get( "/Users/huanchu/Documents/1.txt") , StandardOpenOption.READ , StandardOpenOption.WRITE , StandardOpenOption.CREATE );
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate( 1024 );
int bytesWrite = inChannel.write(buf)

六、分散(Scatter)和聚集(Gather)

1. 分散读取

分散读取(Scattering Reads)是指从 Channel 中读取的数据“分散”到多个 Buffer 中。注意:按照缓冲区的顺序，从 Channel 中读取的数据依次将 Buffer 填满。

2. 聚集写入

聚集写入(Gathering Writes)是指将多个 Buffer 中的数据“聚集” 到 Channel。注意:按照缓冲区的顺序，写入 position 和 limit 之间的数据到 Channel 。

七、通道之间的数据传输

1. transferFrom()

FileChannel inChannel = FileChannel.open( Paths.get("/Users/huanchu/Documents/1.png" ), StandardOpenOption.READ );
FileChannel outChannel = FileChannel.open( Paths.get( "/Users/huanchu/Documents/2.png") , StandardOpenOption.READ , StandardOpenOption.WRITE , StandardOpenOption.CREATE );

outChannel.transferFrom( inChannel , 0 , inChannel.size() );

inChannel.close();
outChannel.close();

2. transferTo()

FileChannel inChannel = FileChannel.open( Paths.get("/Users/huanchu/Documents/1.png" ), StandardOpenOption.READ );
FileChannel outChannel = FileChannel.open( Paths.get( "/Users/huanchu/Documents/2.png") , StandardOpenOption.READ , StandardOpenOption.WRITE , StandardOpenOption.CREATE );

inChannel.transferTo( 0, inChannel.size(), outChannel );

inChannel.close();
outChannel.close();

八、实例

package com.gf.nio;

import org.junit.Test;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.RandomAccessFile;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.CharBuffer;
import java.nio.MappedByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.charset.CharacterCodingException;
import java.nio.charset.Charset;
import java.nio.charset.CharsetDecoder;
import java.nio.charset.CharsetEncoder;
import java.nio.file.Paths;
import java.nio.file.StandardOpenOption;
import java.util.Map;
import java.util.Set;
import java.util.SortedMap;

/**
 * 一、通道（Channel）: 用于源节点与目标节点的连接。在Java中负责缓冲区中数据的传输。Channel 本身不存储数据，因此要配合缓冲区区进行传输。
 *
 * 二、通道的主要实现类
 * java.bio.channels.Channel 接口:
 *      |--FileChannel
 *      |--SocketChannel
 *      |--ServerSocketChannel
 *      |--DatagramChannel
 *
 * 三、获取通道
 * 1. Java针对支持通道的类型提供了 getChannel()方法
 *      本地 IO:
 *      FileInputStream/FileOutStream
 *      RandomAccessFile
 *
 *      网络IO:
 *      Socket
 *      ServerSocket
 *      DatagramSocket
 *
 * 2. 在 JDK1.7 中的NIO.2 针对各个通道提供了静态方法 open()
 * 3. 在 JDK1.7 中的NIO.2 的 Files 工具类的 newByteChannel()
 *
 * 四、通道之间的数据传输
 * transferFrom()
 * transferTo()
 *
 * 五、分散（Scatter）与聚合（Gather）
 * 分散读取（Scattering Reads）: 将通道中的数据分散到多个缓冲区中
 * 聚集写入（Gathering Writes）: 将多个缓冲区中的数据聚集到通道中
 *
 * 六、字符集 : Charset
 * 编码 : 字符串 -> 字节数组
 * 解码 : 字节数组 -> 字符串
 *
 */
public class TestChannel {

    /**
     * 利用通道完成文件的复制（非直接缓冲区）
     */
    @Test
    public void test1(){
        FileInputStream fis = null;
        FileOutputStream fos = null;
        //①获取通道
        FileChannel inChannel = null;
        FileChannel outChannel = null;
        try {
            fis = new FileInputStream( "/Users/huanchu/Documents/1.png" );
            fos = new FileOutputStream( "/Users/huanchu/Documents/2.png" );

            inChannel = fis.getChannel();
            outChannel = fos.getChannel();

            //②分配指定大小的缓冲区
            ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate( 1024 );

            //③通道中的数据存入缓冲区
            while (inChannel.read( buf ) != -1){
                //切换到读取数据的模式
                buf.flip();
                //④将缓冲区的数据写入到通道中
                outChannel.write( buf );
                //清空缓冲区
                buf.clear();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (null != outChannel) {
                try {
                    outChannel.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if (null != inChannel) {
                try {
                    inChannel.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if (null != fis) {
                try {
                    fis.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }

    }

    /**
     * 使用直接缓冲区完成文件的复制（内存映射文件）
     */
    @Test
    public void test2() throws IOException {
        FileChannel inChannel = FileChannel.open( Paths.get( "/Users/huanchu/Documents/1.png" ) , StandardOpenOption.READ );
        FileChannel outChannel = FileChannel.open( Paths.get( "/Users/huanchu/Documents/2.png" ) , StandardOpenOption.READ , StandardOpenOption.WRITE , StandardOpenOption.CREATE);

        //内存映射文件
        MappedByteBuffer inMappedBuf = inChannel.map( FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, inChannel.size() );
        MappedByteBuffer outMappedBuf = outChannel.map( FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, inChannel.size() );

        //直接对缓冲区进行数据的读写操作
        byte[] dst = new byte[inMappedBuf.limit()];
        inMappedBuf.get( dst );
        outMappedBuf.put( dst );

        inChannel.close();
        outChannel.close();
    }

    /**
     * 通道之间的数据传输（直接缓冲区）
     */
    public void test3() throws IOException {
        FileChannel inChannel = FileChannel.open( Paths.get("/Users/huanchu/Documents/1.png" ), StandardOpenOption.READ );
        FileChannel outChannel = FileChannel.open( Paths.get( "/Users/huanchu/Documents/2.png") , StandardOpenOption.READ , StandardOpenOption.WRITE , StandardOpenOption.CREATE );

        //outChannel.transferFrom( inChannel , 0 , inChannel.size() );
        inChannel.transferTo( 0, inChannel.size(), outChannel );

        inChannel.close();
        outChannel.close();

    }

    /**
     * 分散和聚集
     */
    @Test
    public void test4() throws IOException {
        RandomAccessFile raf1 = new RandomAccessFile("1.txt" , "rw");

        //1. 获取通道
        FileChannel channel1 = raf1.getChannel();

        //2. 分配指定大小的缓冲区
        ByteBuffer buf1 = ByteBuffer.allocate( 100 );
        ByteBuffer buf2 = ByteBuffer.allocate( 4096 );
        //分散读取
        ByteBuffer[] bufs = {buf1 , buf2};
        channel1.read( bufs );

        for (ByteBuffer byteBuffer: bufs) {
            byteBuffer.flip();
        }
        System.out.println(new String(bufs[0].array() , 0 , bufs[0].limit()));
        System.out.println("---------------------------");
        System.out.println(new String(bufs[1].array() , 0 , bufs[1].limit()));

        //聚集写入
        RandomAccessFile raf2 = new RandomAccessFile( "2.txt" , "rw" );
        FileChannel channel2 = raf2.getChannel();

        channel2.write( bufs );

    }

    @Test
    public void test5() {
        SortedMap<String, Charset> map = Charset.availableCharsets();

        Set<Map.Entry<String, Charset>> set = map.entrySet();
        for (Map.Entry<String , Charset> entry : set) {
            System.out.println(entry.getKey() + " = " + entry.getValue());
        }

    }

    /**
     * 字符集
     */
    @Test
    public void test6() throws CharacterCodingException {
        Charset cs1 = Charset.forName( "GBK" );

        //获取编码器
        CharsetEncoder ce = cs1.newEncoder();

        //获取解码器
        CharsetDecoder cd = cs1.newDecoder();

        CharBuffer cBuf = CharBuffer.allocate( 1024 );
        cBuf.put( "哈哈，hello world" );
        cBuf.flip();

        //编码
        ByteBuffer bBuf = ce.encode( cBuf );

        for (int i = 0 ; i < bBuf.limit() ; i++) {
            System.out.println(bBuf.get());
        }

        //解码
        bBuf.flip();
        CharBuffer cBuf2 = cd.decode( bBuf );
        System.out.println(cBuf2.toString());

        System.out.println("--------------------------------------");

        Charset cs2 = Charset.forName( "UTF-8" );
        bBuf.flip();

        CharBuffer cBuf3 = cs2.decode( bBuf );
        //按 utf-8 解码会乱码
        System.out.println( cBuf3.toString() );

    }

}

nio

作者：程序员果果

发表时间：2018-10-24 08:42

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第三篇 : NIO通道(Channel)的原理与获取