Java NIO学习笔记(下)

 

摘自并发编程网：http://ifeve.com/overview/

仅作自己学习……

 

1.   FileChannel

Java NIO中的FileChannel是一个连接到文件的通道。可以通过文件通道读写文件。FileChannel无法设置为非阻塞模式，它总是运行在阻塞模式下。

 

在使用FileChannel之前，必须先打开它。但是，我们无法直接打开一个FileChannel，需要通过使用一个InputStream、OutputStream或RandomAccessFile来获取一个FileChannel实例。

 

调用多个read()方法之一从FileChannel中读取数据。首先，分配一个Buffer，从FileChannel中读取的数据将被读到Buffer中，该方法将从数据从FileChannel读取到Buffer中，read方法返回的int值代表有多少字节被读到了Buffer中，如果返回-1，表示到了文件末尾。

 

使用FileChannel.write()方法是在while循环中调用的。因为无法保证write方法一次能向FileChannel中写入多少个字节，需要重复调用，直到Buffer中已经没有尚未写入通道的字节。

 

在用完FileChannel后必须将其关闭。

 

有时可能需要在FileChannel的某个特定位置进行数据的读写操作，就可以通过调用position()方法获取FileChannel的当前位置，也可以通过调用position(long pos)来设置FileChannel的当前位置。如果将位置设置在文件结束符之后，然后试图从文件通道中读取数据，读方法将返回-1 —— 文件结束标志。如果将位置设置在文件结束符之后，然后向通道中写数据，文件将撑大到当前位置并写入数据。这可能导致“文件空洞”，磁盘上物理文件中写入的数据间有空隙。

 

FileChannel的size方法将返回该实例所关联的文件大小。使用FileChannel的truncate方法可以截取一个文件，截取文件时，文件指定长度后面的部分将会被删除。FileChannel的force方法将通道里尚未写入磁盘的数据强制写到磁盘中。出于性能考虑，操作系统会将数据缓存在内存中，所以无法保证写入到Channel中的数据一定会即时写入到磁盘中，要保证这一点，必须要使用force方法。force中的Boolean参数指定是否同时将文件元数据（权限信息等）写入到磁盘中。

 

2.   SocketChannel

Java NIO中的SocketChannel是一个连接到TCP网络套接字的通道。可以通过以下2种方式创建SocketChannel：

 

• 打开一个SocketChannel并连接到互联网上的某台服务器。

SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();socketChannel.connect(new InetSocketAddress(IPAddress, PORT));

 

•  一个新连接到达ServerSocketChannel时，会创建一个SocketChannel。

 

在使用完SocketChannel后调用close方法关闭。

 

如果要从SocketChannel中读取，调用read方法。首先，要分配一个Buffer，从SocketChannel中读到的数据将会放到这个Buffer中；read方法返回的int值表示读了多少字节进入到Buffer中，如果返回的是-1，表示已经读到流的末尾（连接关闭）。

 

写数据到SocketChannel中调用write方法，该方法以一个Buffer作为参数。其调用也是在一个while循环中，write方法无法保证写多少个字节到SocketChannel中，所以我们要重复调用write直到Buffer没有要写的字节为止。

 

可以设置SocketChannel在非阻塞模式下运行，此时调用connect，该方法可能会在连接建立之前就已经提前返回了。同理，非阻塞模式下的write和read方法可能会在尚未写入或读取任何内容后就返回了。

 

非阻塞模式与选择器搭配会工作得更好，通过将一个或者多个SocketChannel注册到Selector，可以询问哪个通道已经准备好读取/写入等。

 

3.   ServerSocketChannel

Java NIO中的 ServerSocketChannel 是一个可以监听新进来的TCP连接的通道, 就像标准IO中的ServerSocket一样，ServerSocketChannel类在 java.nio.channels包中。

 

调用 ServerSocketChannel.open() 静态方法来打开ServerSocketChannel，调用close来进行关闭和清理资源。

 

通过 ServerSocketChannel.accept() 方法监听新进来的连接，当accept()方法返回的时候,它返回一个包含新进来的连接的SocketChannel，accept()方法会一直阻塞到有新连接到达。

 

ServerSocketChannel可以设置成非阻塞模式。在非阻塞模式下，accept() 方法会立刻返回，如果还没有新进来的连接,返回的将是null。因此，需要检查返回的SocketChannel是否是null。

 

4.   DatagramChannel

Java NIO中的DatagramChannel是一个能收发UDP包的通道，UDP是无连接的网络协议，不能像其它通道那样读取和写入，它发送和接收的是数据包。

 

调用DatagramChannel.open()方法并绑定对应的端口来接收数据包，使用receive方法从DatagramChannel中读取数据，receive方法会将接收到的数据包复制到指定Buffer，如果Buffer容纳不下收到的所有数据，多出来的数据将会被抛弃。

 

通过调用send方法来从DatagramChannel发送数据。因为服务器可能并没有监控发送数据的端口，UDP也不会先进行连接的建立，因此可能发送数据包丢失的现象。

 

可以将DatagramChannel连接到网络中的特定地址，由于UDP是无连接的，连接到特定地址只会锁住DatagramChannel，让其在特定地址收发数据。

 

5.   Pipe

Java NIO Pipe是2个线程之间的单向数据连接。Pipe有一个source通道和一个sink通道。数据会被写入到sink通道，从source通道中读取。

 

 

 

通过Pipe.open()方法来打开管道，返回一个Pipe对象。如果想要向管道写数据，需要访问sink通道，执行pipe.sink()方法，向返回的SinkChannel中写入数据。

 

如果想要从管道中读取数据，需要访问source通道，执行pipe.source()方法，从返回的SourceChannel中读取数据。

 

当前，Channel的读取和写入都要和Buffer打交道。

 

6.   Java NIO与IO

 

6.1          主要区别

IO

NIO

面向流

面向缓冲

阻塞IO

非阻塞IO

无

选择器

 

6.2          面向流和面向缓冲

Java NIO和IO之间第一个最大的区别是，IO是面向流的，NIO是面向缓冲区的。 Java IO面向流意味着每次从流中读一个或多个字节，直至读取所有字节，它们没有被缓存在任何地方。此外，它不能前后移动流中的数据。如果需要前后移动从流中读取的数据，需要先将它缓存到一个缓冲区。Java NIO的缓冲导向方法略有不同，数据读取到一个它稍后处理的缓冲区，需要时可在缓冲区中前后移动。这就增加了处理过程中的灵活性。但是，还需要检查是否该缓冲区中包含所有需要处理的数据。而且，需确保当更多的数据读入缓冲区时，不要覆盖缓冲区里尚未处理的数据。

 

6.3          阻塞与非阻塞IO

Java IO的各种流是阻塞的。这意味着，当一个线程调用read()或write()时，该线程被阻塞，直到有一些数据被读取，或数据完全写入。该线程在此期间不能再干任何事情了。Java NIO的非阻塞模式，使一个线程从某通道发送请求读取数据，但是它仅能得到目前可用的数据，如果目前没有数据可用时，就什么都不会获取。而不是保持线程阻塞，所以直至数据变的可以读取之前，该线程可以继续做其他的事情。非阻塞写也是如此。一个线程请求写入一些数据到某通道，但不需要等待它完全写入，这个线程同时可以去做别的事情。线程通常将非阻塞IO的空闲时间用于在其它通道上执行IO操作，所以一个单独的线程现在可以管理多个输入和输出通道（channel）。

 

6.4          选择器

Java NIO的选择器允许一个单独的线程来监视多个输入通道，你可以注册多个通道使用一个选择器，然后使用一个单独的线程来“选择”通道：这些通道里已经有可以处理的输入，或者选择已准备写入的通道。这种选择机制，使得一个单独的线程很容易来管理多个通道。

 

6.5          NIO和IO影响应用程序的设计

使用NIO的API调用时看起来与使用IO时有所不同，IO是仅从一个InputStream逐字节读取，而NIO是数据必须先读入缓冲区再处理。

 

IO的数据读取模型：

 

 

 

NIO的数据读取模型：

 

 

 

NIO可让您只使用一个（或几个）单线程管理多个通道（网络连接或文件），但付出的代价是解析数据可能会比从一个阻塞流中读取数据更复杂。

 

如果需要管理同时打开的成千上万个连接，这些连接每次只是发送少量的数据，例如聊天服务器，实现NIO的服务器可能是一个优势。同样，如果你需要维持许多打开的连接到其他计算机上，如P2P网络中，使用一个单独的线程来管理你所有连接，可能是一个优势。如果你有少量的连接使用非常高的带宽，一次发送大量的数据，也许典型的IO服务器实现可能非常契合。