Java中的DLC—NIO系列（二）：Channel

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人生苦短，不如养狗

作者：Brucebat.Sun

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一、基本概念

在上一个章节中我们简单了解到Channel在NIO中的角色和Stream在IO中的角色有些类似，但是特性上却不尽相同。如果说Stream就像生活中的水流一样，那么Channel就如同交通中能够双向行驶的隧道。前者的数据流向固定，也就意味着同一个流只能完成读取或者写入其中一种操作，而后者则能够同时进行读取和写入两种操作。同时在数据传输过程中Channel也对Stream进行了进一步的改进处理，Channel中是通过buffer（也即缓冲区）来进行数据的装载和传输，而Stream中则直接以字节为单位进行数据的传输操作。

结合上面的描述，我们来对Channel和Stream的特性进行一个简单的对比：

	Stream	Channel
是否支持异步	否	是
数据传输方式	单工，仅支持读取或写入	全双工，支持同时进行读取和写入操作
是否依赖buffer	否，即按照逐个字节传输	是，即按照逐个buffer传输

从上面的对比我们不难发现，相比传统IO，NIO在设计思路上更接近于底层操作系统的I/O实现方式，即使用缓冲区的方式来进行数据的批量装载和分组传输，这也是NIO在传输速度上优于传统IO的原因之一。但这种方式也意味着在实际使用Channel时，我们必须要依赖Buffer类来完成对于数据的读写，即如下展示：

读数据：
 channel -> buffer -> program
写数据：
 program -> buffer -> channel

二、基本使用

点开JDK提供的NIO包我们会看到一长串的Channel类列表，其中最为重要和常见的子类如下：

从上图中我们不难发现NIO提供了基于处理的数据不同分为两类Channel，一类是针对文件IO的Channel，一类是针对网络IO的Channel。需要注意的是，针对文件IO的Channel不能被设置成阻塞模式，同样也不支持多路复用模式，这一特性也符合操作系统对于纯文件类型数据的IO处理。下面笔者将会基于FileChannel来简单说明一下针对文件IO的Channel的使用。

FileChannel

NIO类库为我们提供了如下三种方式来获取FileChannel对象：

通过FileChannel自身提供了open方法获取：通过这种方式可以明确指定打开通道的特定操作选项，如标准打开选项、处理符号链接的选项等。示例如下：
```
FileChannel channel = FileChannel.open(Paths.get("test.txt"), StandardOpenOption.READ);
```

通过FileInputStream/FileOutputStream获取：通过这种方式获取到的通道只能以读或者写模式打开文件，对应读写模式是继承自对应的Stream对象。示例如下：

FileInputStream inputStream = new FileInputStream(new File("test.txt"));
// 获取一个只读的文件通道
FileChannel inChannel = inputStream.getChannel();

// ============= FileInputStream.getChannel() ======
public FileChannel getChannel() {
        synchronized (this) {
            if (channel == null) {
              // 这里如果初始化FileInputStream时没有设置channel则使用open方法初始化一个只读通道
              channel = FileChannelImpl.open(fd, path, true, false, this);
            }
            return channel;
        }
}

通过RandomAccessFile获取：通过这种方式获取的通道会继承RandomAccessFile对象设置的读写模式。示例如下：

RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("test.txt", "rw");
// 获取一个可读可写的文件通道
FileChannel channel = file.getChannel();

// ============= RandomAccessFile.getChannel() ======
public final FileChannel getChannel() {
        synchronized (this) {
            if (channel == null) {
              // 区别于文件流这里在使用open方法初始化通道时默认是可读的，即当前文件处于只写模式时使用getChannel()获取到的通道也是可读可写的
              channel = FileChannelImpl.open(fd, path, true, rw, this);
            }
            return channel;
        }
}

在获取FileChannel对象之后，可以根据FileChannel提供的read()或者write()方法对文件进行读取或者写入操作。需要注意的是，上文提到过在实际使用读写方法时需要依赖缓冲区来完成对应，下面我们来分别看一下读数据和写数据的例子：

1. 读数据

FileChannel channel = FileChannel.open(Paths.get("test.txt"), StandardOpenOption.READ);
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(5);
while(channel.read(buf)!=-1){
    buf.flip();
    System.out.print(new String(buf.array()));
    buf.clear();
}
channel.close();

2. 写数据

FileChannel channel = FileChannel.open(Paths.get("test.txt"), StandardOpenOption.WRITE);
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(20);
byte[] data = "Hello, world!".getBytes();
for (int i = 0; i < data.length; ) {
    buf.put(data, i, Math.min(data.length - i, buf.limit() - buf.position()));
    buf.flip();
    i += channel.write(buf);
    buf.compact();
}
channel.force(false);
channel.close();