Java NIO 总结: Channel 通道

☠博主专栏 ：

♝博主的话 ： 搬的每块砖，皆为峰峦之基；公众号搜索「码到三十五」关注这个爱发技术干货的coder，一起筑基

这里写目录标题

• • • 前言
    • 一、Channel的基本概念和作用
    • 二、Channel的工作原理
    • 三、Channel的基本使用
    • 四、Channel的四种类型
    • • 1. FileChannel
      • 2. SocketChannel
      • 3. ServerSocketChannel
      • 4. DatagramChannel
      • 五、通道与通道之间发送数据
      • 总结

        前言

        在Java NIO中，Channel是一个核心概念，它表示一个打开的连接，可以连接到I/O设备（如磁盘文件、Socket）或者一个支持I/O访问的应用程序。与传统的IO操作相比，NIO通过Channel和Buffer相结合，提高了IO性能和数据传输效率。

        一、Channel的基本概念和作用

        Channel是Java NIO中的一个接口，它定义了与I/O设备交互的基本方法，如读取、写入和关闭等。在Java NIO中，Channel主要有四种类型：FileChannel、SocketChannel、ServerSocketChannel和DatagramChannel，它们分别对应着文件I/O和网络通信的不同场景。

        Channel在 NIO中起着至关重要的作用，它提供了一种高效、非阻塞的IO操作方式。通过Channel和Buffer的结合使用，减少了数据在内存和磁盘之间的复制次数，提高了数据传输效率。这使得Java NIO能够支持更大的数据量和更高的并发性能，为大规模并发网络编程提供了有效的解决方案。

        二、Channel的工作原理

        在Java NIO中，所有的IO操作都是从Channel开始的。读取操作即从Channel读到Buffer，写操作即从Buffer写入Channel。这种数据传输方式减少了数据在内存和磁盘之间的复制次数，提高了数据传输效率。

        三、Channel的基本使用

        使用FileChannel读取文件的代码：

        try (FileChannel fileChannel = new RandomAccessFile("example.txt", "r").getChannel()) {
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
            int bytesRead = 0;
            while ((bytesRead = fileChannel.read(buffer)) != -1) {
                buffer.flip();
                while (buffer.hasRemaining()) {
                    System.out.print((char) buffer.get());
                }
                buffer.clear();
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        

        使用FileChannel来读取一个文件，并通过ByteBuffer来暂存读取到的数据。

        四、Channel的四种类型

        [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-LhNtfNMx-1721094073105)(https://i-blog.csdnimg.cn/direct/8522433114e046c18751bbc90f4f1922.jpeg#pic_center)]

        1. FileChannel

        作用：FileChannel是用于文件的数据读写的通道。它允许应用程序从文件中读取数据，也可以将数据写入文件中。

        使用：

        • 获取FileChannel：通过RandomAccessFile的getChannel()方法获取。
        • 读取数据：使用read()方法从文件中读取数据到ByteBuffer缓冲区。
        • 写入数据：使用write()方法将数据写入文件。
        • 关闭通道：使用close()方法关闭通道。

          代码：

          try (FileChannel fileChannel = new RandomAccessFile("example.txt", "r").getChannel()) {
              ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
              int bytesRead = 0;
              while ((bytesRead = fileChannel.read(buffer)) != -1) {
                  buffer.flip();
                  while (buffer.hasRemaining()) {
                      System.out.print((char) buffer.get());
                  }
                  buffer.clear();
              }
          } catch (IOException e) {
              e.printStackTrace();
          }
          

          2. SocketChannel

          作用：SocketChannel是用于TCP套接字TCP连接的数据读写的通道。

          使用：

          • 获取SocketChannel：使用SocketChannel.open()方法创建套接字传输通道。
          • 连接服务器：调用connect()方法连接到服务器。
          • 读取数据：使用read()方法从SocketChannel读取数据到ByteBuffer缓冲区。
          • 写入数据：使用write()方法将数据写入SocketChannel。
          • 关闭通道：使用close()方法关闭通道。

            代码：

            try (SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open()) {
                socketChannel.configureBlocking(false);
                socketChannel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 80));
                while (!socketChannel.finishConnect()) {
                    // 等待连接完成
                }
                ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                int bytesRead = 0;
                while ((bytesRead = socketChannel.read(buffer)) != -1) {
                    buffer.flip();
                    while (buffer.hasRemaining()) {
                        System.out.print((char) buffer.get());
                    }
                    buffer.clear();
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            

            3. ServerSocketChannel

            作用：ServerSocketChannel是用于监听TCP连接请求的通道，它允许服务器监听新进来的TCP连接，并为每个监听到的请求创建一个SocketChannel。

            使用：

            • 获取ServerSocketChannel：使用ServerSocketChannel.open()方法创建ServerSocketChannel。
            • 绑定端口：调用bind()方法绑定到特定端口。
            • 监听连接：使用accept()方法接受新连接请求。

              代码：

              try (ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open()) {
                  serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9090));
                  while (true) {
                      SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
                      System.out.println(socketChannel.socket().getRemoteSocketAddress() + "已连接");
                  }
              } catch (IOException e) {
                  e.printStackTrace();
              }
              

              4. DatagramChannel

              作用：DatagramChannel是用于UDP协议的数据读写的通道。

              使用：

              • 获取DatagramChannel：使用DatagramChannel.open()方法创建DatagramChannel。
              • 绑定端口：调用bind()方法绑定到特定端口。
              • 发送数据：使用send()方法发送数据。
              • 接收数据：使用receive()方法接收数据。

                代码：

                try (DatagramChannel datagramChannel = DatagramChannel.open()) {
                    datagramChannel.bind(new InetSocketAddress(9001));
                    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
                    while (true) {
                        buffer.clear();
                        InetSocketAddress address = (InetSocketAddress) datagramChannel.receive(buffer);
                        buffer.flip();
                        System.out.println(address.toString() + "发来的消息" + new String(buffer.array(), 0, buffer.limit()));
                    }
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                

                五、通道与通道之间发送数据

                通道与通道之间直接发送数据（零拷贝）是Java NIO中的一种优化技术，它允许两个通道之间直接传输数据，避免了数据在用户态和内核态之间的多次拷贝，从而提高了数据传输的效率。

                在Java NIO中，零拷贝技术主要通过transferTo()和transferFrom()方法实现。这两个方法允许将一个通道中的数据直接传输到另一个通道中，而不需要经过中间的数据拷贝过程。transferTo()方法将文件通道（FileChannel）中的数据传输到套接字通道（SocketChannel）中，transferFrom()方法则相反，将套接字通道中的数据传输到文件通道中。

                以下是一个使用transferTo()方法的代码，展示了如何使用Java NIO进行零拷贝文件传输：

                // 创建客户端的SocketChannel
                SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
                // 连接服务器
                socketChannel.connect(new InetSocketAddress("localhost", 8080));
                // 创建文件通道
                FileChannel fileChannel = new RandomAccessFile("source.txt", "r").getChannel();
                // 使用transferTo()方法将文件通道中的数据传输到套接字通道中
                long transferred = fileChannel.transferTo(0, fileChannel.size(), socketChannel);
                // 关闭通道
                fileChannel.close();
                socketChannel.close();
                

                代码中，transferTo()方法将文件source.txt中的内容直接传输到服务器的套接字通道中，而不需要将数据先拷贝到用户态缓冲区，然后再拷贝到内核态缓冲区，最后再通过网络传输。这种方式显著提高了数据传输的效率，尤其是在处理大文件时，零拷贝技术能够显著减少数据传输的延迟。

                需要注意的是，零拷贝技术并非适用于所有场景，它主要适用于那些不需要在传输过程中对数据进行修改的情况。如果需要在传输过程中对数据进行修改或加密，则无法完全使用零拷贝技术。另外，零拷贝的实现通常依赖于操作系统底层的系统调用，因此在不同的操作系统和平台上可能略有差异。

                总结

                Channel是Java NIO中的一个核心概念，它提供了一种高效、非阻塞的IO操作方式。通过Channel和Buffer的结合使用，提高了IO性能和数据传输效率。在实际应用中，可以根据需求选择不同的Channel实现来进行高效的IO操作。同时，为了更好地利用NIO的特性，需要深入理解其工作原理和与传统的IO差异。

                ---

                关注公众号[码到三十五]获取更多技术干货 !