**Java高級特性增強-NIO

本部分網絡上有大量的資源可以參考，在這里做了部分整理并做了部分勘誤，感謝前輩的付出，每節文章末尾有引用列表~

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寫在所有文字的前面：作者在此特別推薦Google排名第一的關于NIO的文章： tutorials.jenkov.com/java-nio/in… 雖然是英文的，但是看下來并不困難。后面如果各位看官呼聲很高，作者會翻譯這一系列文章。

請戳GitHub原文: github.com/wangzhiwubi…

大數據成神之路系列：

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Java高級特性增強-NIO

Java NIO之Channel（通道）

Buffer(緩沖區)介紹

通常來說NIO中的所有IO都是從 Channel（通道） 開始的。

• 從通道進行數據讀取 ：創建一個緩沖區，然后請求通道讀取數據。
• 從通道進行數據寫入 ：創建一個緩沖區，填充數據，并要求通道寫入數據。

數據讀取和寫入操作圖示： .resources/2958433B-EEAF-4D8B-98A2-39941C7C1733.png)

Java NIO Channel通道和流非常相似，主要有以下幾點區別：

通道可以讀也可以寫，流一般來說是單向的（只能讀或者寫，所以之前我們用流進行IO操作的時候需要分別創建一個輸入流和一個輸出流）。 通道可以異步讀寫。 通道總是基于緩沖區Buffer來讀寫。

Java NIO中最重要的幾個Channel的實現：

• FileChannel： 用于文件的數據讀寫
• DatagramChannel： 用于UDP的數據讀寫
• SocketChannel： 用于TCP的數據讀寫，一般是客戶端實現
• ServerSocketChannel: 允許我們監聽TCP鏈接請求，每個請求會創建會一個SocketChannel，一般是服務器實現

類層次結構： 下面的UML圖使用Idea生成的。 .resources/3A2E73E4-2445-4B90-93F0-0EB34EB8C82B.png)

FileChannel的使用

使用FileChannel讀取數據到Buffer（緩沖區）以及利用Buffer（緩沖區）寫入數據到FileChannel：

package filechannel;import java.io.IOException; import java.io.RandomAccessFile; import java.nio.ByteBuffer; import java.nio.channels.FileChannel;public class FileChannelTxt {public static void main(String args[]) throws IOException {//1.創建一個RandomAccessFile（隨機訪問文件）對象，RandomAccessFile raf=new RandomAccessFile("D:\\niodata.txt", "rw");//通過RandomAccessFile對象的getChannel()方法。FileChannel是抽象類。FileChannel inChannel=raf.getChannel();//2.創建一個讀數據緩沖區對象ByteBuffer buf=ByteBuffer.allocate(48);//3.從通道中讀取數據int bytesRead = inChannel.read(buf);//創建一個寫數據緩沖區對象ByteBuffer buf2=ByteBuffer.allocate(48);//寫入數據buf2.put("filechannel test".getBytes());buf2.flip();inChannel.write(buf);while (bytesRead != -1) {System.out.println("Read " + bytesRead);//Buffer有兩種模式，寫模式和讀模式。在寫模式下調用flip()之后，Buffer從寫模式變成讀模式。buf.flip();//如果還有未讀內容while (buf.hasRemaining()) {System.out.print((char) buf.get());}//清空緩存區buf.clear();bytesRead = inChannel.read(buf);}//關閉RandomAccessFile（隨機訪問文件）對象raf.close();} }復制代碼

運行效果： .resources/0CC9E605-79FB-455E-AF3F-1CD41832B4A6.png) 通過上述實例代碼，我們可以大概總結出FileChannel的一般使用規則：

1. 開啟FileChannel

使用之前，FileChannel必須被打開 ，但是你無法直接打開FileChannel（FileChannel是抽象類）。需要通過 InputStream ， OutputStream 或 RandomAccessFile 獲取FileChannel。 我們上面的例子是通過RandomAccessFile打開FileChannel的：

//1.創建一個RandomAccessFile（隨機訪問文件）對象，RandomAccessFile raf=new RandomAccessFile("D:\\niodata.txt", "rw");//通過RandomAccessFile對象的getChannel()方法。FileChannel是抽象類。FileChannel inChannel=raf.getChannel(); 復制代碼

2. 從FileChannel讀取數據/寫入數據 從FileChannel中讀取數據/寫入數據之前首先要創建一個Buffer（緩沖區）對象，Buffer（緩沖區）對象的使用我們在上一篇文章中已經詳細說明了，如果不了解的話可以看我的上一篇關于Buffer的文章。

使用FileChannel的read()方法讀取數據：

//2.創建一個讀數據緩沖區對象ByteBuffer buf=ByteBuffer.allocate(48); //3.從通道中讀取數據int bytesRead = inChannel.read(buf); 復制代碼

使用FileChannel的write()方法寫入數據：

//創建一個寫數據緩沖區對象ByteBuffer buf2=ByteBuffer.allocate(48);//寫入數據buf2.put("filechannel test".getBytes());buf2.flip();inChannel.write(buf); 復制代碼

3. 關閉FileChannel

完成使用后，FileChannel您必須關閉它。

channel.close(); 復制代碼

SocketChannel和ServerSocketChannel的使用

利用SocketChannel和ServerSocketChannel實現客戶端與服務器端簡單通信： SocketChannel 用于創建基于tcp協議的客戶端對象，因為SocketChannel中不存在accept()方法，所以，它不能成為一個服務端程序。通過 connect()方法 ，SocketChannel對象可以連接到其他tcp服務器程序。 客戶端:

package socketchannel;import java.io.IOException; import java.net.InetSocketAddress; import java.nio.ByteBuffer; import java.nio.channels.SocketChannel;public class WebClient {public static void main(String[] args) throws IOException {//1.通過SocketChannel的open()方法創建一個SocketChannel對象SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();//2.連接到遠程服務器（連接此通道的socket）socketChannel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 3333));// 3.創建寫數據緩存區對象ByteBuffer writeBuffer = ByteBuffer.allocate(128);writeBuffer.put("hello WebServer this is from WebClient".getBytes());writeBuffer.flip();socketChannel.write(writeBuffer);//創建讀數據緩存區對象ByteBuffer readBuffer = ByteBuffer.allocate(128);socketChannel.read(readBuffer);//String 字符串常量，不可變；StringBuffer 字符串變量（線程安全），可變；StringBuilder 字符串變量（非線程安全），可變StringBuilder stringBuffer=new StringBuilder();//4.將Buffer從寫模式變為可讀模式readBuffer.flip();while (readBuffer.hasRemaining()) {stringBuffer.append((char) readBuffer.get());}System.out.println("從服務端接收到的數據："+stringBuffer);socketChannel.close();}} 復制代碼

ServerSocketChannel 允許我們監聽TCP鏈接請求，通過ServerSocketChannelImpl的 accept()方法 可以創建一個SocketChannel對象用戶從客戶端讀/寫數據。

服務端：

package socketchannel;import java.io.IOException; import java.net.InetSocketAddress; import java.nio.ByteBuffer; import java.nio.channels.ServerSocketChannel; import java.nio.channels.SocketChannel;public class WebServer {public static void main(String args[]) throws IOException {try {//1.通過ServerSocketChannel 的open()方法創建一個ServerSocketChannel對象，open方法的作用：打開套接字通道ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();//2.通過ServerSocketChannel綁定ip地址和port(端口號)ssc.socket().bind(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 3333));//通過ServerSocketChannelImpl的accept()方法創建一個SocketChannel對象用戶從客戶端讀/寫數據SocketChannel socketChannel = ssc.accept();//3.創建寫數據的緩存區對象ByteBuffer writeBuffer = ByteBuffer.allocate(128);writeBuffer.put("hello WebClient this is from WebServer".getBytes());writeBuffer.flip();socketChannel.write(writeBuffer);//創建讀數據的緩存區對象ByteBuffer readBuffer = ByteBuffer.allocate(128);//讀取緩存區數據socketChannel.read(readBuffer);StringBuilder stringBuffer=new StringBuilder();//4.將Buffer從寫模式變為可讀模式readBuffer.flip();while (readBuffer.hasRemaining()) {stringBuffer.append((char) readBuffer.get());}System.out.println("從客戶端接收到的數據："+stringBuffer);socketChannel.close();ssc.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}} } 復制代碼

運行效果 客戶端： .resources/6AF85EF7-83C7-48B6-A6AB-C70AD22A91D4.png) 服務端： .resources/821A61BD-80DF-493F-99D8-4F5330211339.png) 通過上述實例代碼，我們可以大概總結出SocketChannel和ServerSocketChannel的使用的一般使用規則： 考慮到篇幅問題，下面只給出大致步驟，不貼代碼，可以結合上述實例理解。 客戶端 1.通過SocketChannel連接到遠程服務器 2.創建讀數據/寫數據緩沖區對象來讀取服務端數據或向服務端發送數據 3.關閉SocketChannel 服務端 1.通過ServerSocketChannel 綁定ip地址和端口號 2.通過ServerSocketChannelImpl的accept()方法創建一個SocketChannel對象用戶從客戶端讀/寫數據 3.創建讀數據/寫數據緩沖區對象來讀取客戶端數據或向客戶端發送數據 4. 關閉SocketChannel和ServerSocketChannel

DatagramChannel的使用

DataGramChannel，類似于java 網絡編程的DatagramSocket類；使用UDP進行網絡傳輸， UDP是無連接，面向數據報文段的協議，對傳輸的數據不保證安全與完整 ；和上面介紹的SocketChannel和ServerSocketChannel的使用方法類似，所以這里就簡單介紹一下如何使用。 1.獲取DataGramChannel

//1.通過DatagramChannel的open()方法創建一個DatagramChannel對象DatagramChannel datagramChannel = DatagramChannel.open();//綁定一個port（端口）datagramChannel.bind(new InetSocketAddress(1234)); 復制代碼

上面代碼表示程序可以在1234端口接收數據報。

2.接收/發送消息 接收消息： 先創建一個緩存區對象，然后通過receive方法接收消息，這個方法返回一個SocketAddress對象，表示發送消息方的地址：

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48); buf.clear(); channel.receive(buf); 復制代碼

發送消息： 由于UDP下，服務端和客戶端通信并不需要建立連接，只需要知道對方地址即可發出消息，但是是否發送成功或者成功被接收到是沒有保證的;發送消息通過send方法發出，改方法返回一個int值，表示成功發送的字節數：

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48); buf.clear(); buf.put("datagramchannel".getBytes()); buf.flip(); int send = channel.send(buffer, new InetSocketAddress("localhost",1234)); 復制代碼

這個例子發送一串字符：“datagramchannel”到主機名為”localhost”服務器的端口1234上。

Scatter/Gather

Channel 提供了一種被稱為 Scatter/Gather 的新功能，也稱為本地矢量 I/O。Scatter/Gather 是指在多個緩沖區上實現一個簡單的 I/O 操作。正確使用 Scatter / Gather可以明顯提高性能。 大多數現代操作系統都支持本地矢量I/O（native vectored I/O）操作。當您在一個通道上請求一個Scatter/Gather操作時，該請求會被翻譯為適當的本地調用來直接填充或抽取緩沖區，減少或避免了緩沖區拷貝和系統調用； Scatter/Gather應該使用直接的ByteBuffers以從本地I/O獲取最大性能優勢。 Scatter/Gather功能是通道(Channel)提供的 并不是Buffer。

• Scatter: 從一個Channel讀取的信息分散到N個緩沖區中(Buufer).
• Gather: 將N個Buffer里面內容按照順序發送到一個Channel.

Scattering Reads "scattering read"是把數據從單個Channel寫入到多個buffer,如下圖所示： .resources/D2633F82-0A59-488A-AEC6-AB443A3125F4.png) 示例代碼:

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

read()方法內部會負責把數據按順序寫進傳入的buffer數組內。一個buffer寫滿后，接著寫到下一個buffer中。 舉個例子，假如通道中有200個字節數據，那么header會被寫入128個字節數據，body會被寫入72個字節數據； 注意： 無論是scatter還是gather操作，都是按照buffer在數組中的順序來依次讀取或寫入的； Gathering Writes "gathering write"把多個buffer的數據寫入到同一個channel中，下面是示意圖 .resources/19060EA5-78B2-49F1-A706-0C99F3BC51A5.png) 示例代碼：

ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(128); ByteBuffer body = ByteBuffer.allocate(1024); //write data into buffers ByteBuffer[] bufferArray = { header, body }; channel.write(bufferArray); 復制代碼

write()方法內部會負責把數據按順序寫入到channel中。 注意： 并不是所有數據都寫入到通道，寫入的數據要根據position和limit的值來判斷，只有position和limit之間的數據才會被寫入； 舉個例子，假如以上header緩沖區中有128個字節數據，但此時position=0，limit=58；那么只有下標索引為0-57的數據才會被寫入到通道中.

通道之間的數據傳輸

在Java NIO中如果一個channel是FileChannel類型的，那么他可以直接把數據傳輸到另一個channel。

• transferFrom(): transferFrom方法把數據從通道源傳輸到FileChannel
• transferTo(): transferTo方法把FileChannel數據傳輸到另一個channel

參考文檔：

• 官方JDK相關文檔
• 谷歌搜索排名第一的Java NIO教程
• 《Java程序員修煉之道》
• ByteBuffer常用方法詳解
• JavaNIO易百教程

參考文章： 《Netty官網》

www.jianshu.com/nb/18340870

請戳GitHub原文: https://github.com/wangzhiwubigdata/God-Of-BigData關注公眾號,內推,面試,資源下載,關注更多大數據技術~大數據成神之路~預計更新500+篇文章，已經更新50+篇~ 復制代碼

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Java NIO之Channel(通道)的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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