一篇學會 Java NIO Channel 的使用

作者： SH的全棧筆記 2022-01-12 07:36:01

開發后端

要從 channel 中讀取數據(也就是上面這個例子)，需要先將數據讀到 ByteBuffer 中;同理，要想向 channel 中寫入數據，也需要先將數據寫入 ByteBuffer(下面講輸出流的時候會講)。

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Java NIO 中的 Channel 分類：

FileChannel
SocketChannel
ServerSocketChannel
DatagramChannel

channel 分類

FileChannel: 主要用于文件的讀寫，可以從磁盤上讀取文件，也可以向磁盤上寫入文件。

SocketChannel：用于 Socket 的 TCP 連接的數據讀寫，既可以從 Channel 讀數據，也可以向 Channle 中寫入數據

ServerSocketChannel：通過 ServerSocketChannel 可以監聽 TCP 連接，服務端監聽到連接之后，會為每個請求創建一個 SocketChannel

DatagramChannel：用于 UDP 協議的數據讀寫

接下來就分別介紹一下。

FileChannel

主要用于操作文件，廢話不多說，直接看例子。

準備文件 test-file.txt ，內容 shDEQuanZhanBiJi

test-file.txt 文件

輸入 FileInputStream

用于從 FileChannel 中讀取數據，例如將指定文件輸入到 FileChannel 中，我們就能獲取到文件的內容，接下來編寫 FileChannel 的輸入流核心代碼：

public static void main(String[] args) throws IOException { 
  // 創建一個輸入流 
  FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("test-file.txt"); 
  // 通過輸入流獲取到 channel 
  FileChannel fileChannel = fileInputStream.getChannel(); 
 
  // 準備好 ByteBuffer 
  ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16); 
  // 將 輸入流 的 channel 的數據讀入 buffer 中 
  fileChannel.read(buffer); 
 
  // 簡單打印 buffer 的內容 
  printBuffer(buffer); // shDEQuanZhanBiJi 
}

這里面的 ByteBuffer 是 channel 進行讀、寫數據的中間媒介。要從 channel 中讀取數據(也就是上面這個例子)，需要先將數據讀到 ByteBuffer 中;同理，要想向 channel 中寫入數據，也需要先將數據寫入 ByteBuffer(下面講輸出流的時候會講)。

對 ByteBuffer 不熟悉的可以先看看我之前寫的《玩轉 ByteBuffer》，printBuffer 的代碼里面也有

輸出 FileOutputStream

顧名思義，是 FileChannel 要向外輸出數據，例如將數據寫入到磁盤文件上，接下來通過例子看看效果：

public static void main(String[] args) throws IOException { 
  // 指定需要生成的文件名稱 
  String generateFileName = "generate-file.txt"; 
  // 創建一個輸出流 
  FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(generateFileName); 
  // 通過輸出流獲取到 channel 
  FileChannel fileChannel = fileOutputStream.getChannel(); 
 
  // 準備好 ByteBuffer, 并向里面寫入數據 
  ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16); 
  buffer.put("shDEQuanZhanBiJi".getBytes(StandardCharsets.UTF_8)); 
 
  // 將 輸入流 的 channel 的數據讀入 buffer 中 
  fileChannel.write(buffer); 
  fileChannel.close(); 
}

相應的注釋都已經貼在對應的代碼上了，細節在此不再贅述。唯一需要關注的是，調用 write 寫文件到磁盤上時，也是先傳入的 ByteBuffer。

好了，當你運行完代碼你會發現，雖然文件是生成的了，但是里面卻是空白的...這其實就涉及到對 ByteBuffer 的熟悉程度了，算是埋的一個坑。

如果不知道為啥文件是空的，可以去看看上面講 ByteBuffer 的文章，接下來是解答。

這是因為我們創建一個 ByteBuffer 的時候默認是處于寫模式的，此時如果去通過 position 和 limit 去讀取數據是讀不到的。所以在調用 write 之前，我們需要先將 ByteBuffer 切換到讀模式，完整代碼如下：

public static void main(String[] args) throws IOException { 
  // 指定需要生成的文件名稱 
  String generateFileName = "generate-file.txt"; 
  // 創建一個輸出流 
  FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(generateFileName); 
  // 通過輸出流獲取到 channel 
  FileChannel fileChannel = fileOutputStream.getChannel(); 
 
  // 準備好 ByteBuffer, 并向里面寫入數據 
  ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16); 
  buffer.put("shDEQuanZhanBiJi".getBytes(StandardCharsets.UTF_8)); 
 
  // 將 ByteBuffer 切換到讀模式 
  buffer.flip(); 
  // 將 輸入流 的 channel 的數據讀入 buffer 中 
  fileChannel.write(buffer); 
   
  fileChannel.close(); 
}

可以看到，文件生成了，內容也有了：

但是呢，上面將的兩種要么只能寫，要么只能讀。例如 FileInputStream 如果你硬要往 channel 里懟數據，程序最后會拋出 NonWritableChannelException 異常，告訴你這玩意兒寫不了。

那有沒有一個既能寫，又能讀還能唱跳的實現呢?當然有，那就是 RandomAccessFile。

這里提一嘴，調用完 write 并不是立即就寫入磁盤，也可以在操作系統的緩存里。如果需要立即刷盤，則調用 channel.force(true); 即可。

RandomAccessFile

怎么用的呢?其實跟之前兩個差不多：

public static void main(String[] args) throws IOException { 
  // 指定需要生成的文件名稱 
  String targetFileName = "target-file.txt"; 
  // 創建 RandomAccessFile, 賦予可讀(r)、可寫(w)的權限 
  RandomAccessFile accessFile = new RandomAccessFile(targetFileName, "rw"); 
  FileChannel fileChannel = accessFile.getChannel(); 
 
  // 創建 ByteBuffer 并寫入數據 
  ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16); 
  buffer.put("shDEQuanZhanBiJi".getBytes(StandardCharsets.UTF_8)); 
  // 切換到 buffer 的讀模式 
  buffer.flip(); 
  // 調用 write 將 buffer 的數據寫入到 channel, channel 再寫數據到磁盤文件 
  fileChannel.write(buffer); 
 
  // 相當于清空 buffer 
  buffer.clear(); 
  // 將之前寫入到 channel 的數據再讀入到 buffer 
  fileChannel.read(buffer); 
 
  // 打印 buffer 中的內容 
  printBuffer(buffer); 
 
  fileChannel.close(); 
}

運行之后的效果就是，會生成一個名為 target-file.txt 的文件，內容就是 shDEQuanZhanBiJi。并且控制臺會將之前寫入 channel 的 shDEQuanZhanBiJi 打印出來。

老規矩，細節都在注釋中。值得注意的是 new RandomAccessFile(targetFileName, "rw"); 里的 rw 。注釋里也寫了，代表賦予可讀、可寫的權限。

再值得注意的是，你不能說把 rw 改成 w。

不能這么玩，因為它就是一個單純的字符串匹配，可供選擇的就這么些：

mode 類型

可以看到，r 必不可少...：
r 只能讀
rw 既能讀，也能寫

rws 和 rwd 功能和 rw 大致是相同的，可讀、可寫。唯一區別是他們會將每次改動強制刷到磁盤，并且 rws 會將操作系統對該文件的元數據也一起刷盤，體現就是文件的更新時間會更新，而 rwd 不會將文件的元數據刷盤

兩個 SocketChannel

由于這倆一個負責連接傳輸，另一個負責連接的監聽，所以就放在一起來講了。這一小節我們大概要做這件事：

客戶端發送文件到服務器

但是為了能讓大家直接運行起來，客戶端這側就不從磁盤文件讀取了，直接用 ByteBuffer。大家可以運行起來之后，自己嘗試從磁盤上去加載。還是先看代碼，首先是服務器的：

ServerSocketChannel

public static void main(String[] args) throws IOException { 
  // 打開一個 ServerSocketChannel 
  ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open(); 
  // 綁定 8080 端口 
  serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080)); 
 
  // 開始接受客戶端連接 
  SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept(); 
  // 獲取連接成功 
  System.out.printf("socketChannel %s connected\n", socketChannel); 
  // 準備 ByteBuffer 以從 socketChannel 中讀取數據 
  ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16); 
 
  // 開始讀取數據 
  System.out.println("before read"); 
  int read = socketChannel.read(buffer); 
  System.out.printf("read complete, read bytes length: %s \n", read); 
 
  printBuffer(buffer); 
}

這里我們使用的是 Java NIO 中默認的阻塞模式，僅僅作為一個掩飾，如果想要 ServerSocketChannel 進入非阻塞模式，可在 open 之后，調用:

serverSocketChannel.configureBlocking(false);

由于我們這里是阻塞模式，所以在代碼運行到 serverSocketChannel.accept(); 時，會陷入阻塞狀態，直到有客戶端過來建立連接。同理，read 方法也是阻塞的，如果客戶端一直沒有寫入數據，那么服務器就會一直阻塞在 read 。

SocketChannel

直接先給代碼：

public static void main(String[] args) throws IOException { 
  // 打開一個 SocketChannel 
  SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(); 
  // 連接到 localhost 的 8080 端口 
  socketChannel.connect(new InetSocketAddress("localhost", 8080)); 
 
  // 準備 ByteBuffer 
  ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16); 
  buffer.put(Charset.defaultCharset().encode("test")); 
 
  // 將 buffer 切換成讀模式 & 向 channel 中寫入數據 
  buffer.flip(); 
  socketChannel.write(buffer); 
}

先啟動服務器，再啟動客戶端。可以看到服務器側的控制臺有如下的輸出：

socketChannel java.nio.channels.SocketChannel[connected local=/127.0.0.1:8080 remote=/127.0.0.1:64373] connected 
before read 
read complete, read bytes length: 4  
BUFFER VALUE: test

Datagram

這個就比較簡單，首先是客戶端的代碼：

public static void main(String[] args) throws IOException { 
  DatagramChannel datagramChannel = DatagramChannel.open(); 
 
  // 構建 buffer 數據 
  ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16); 
  buffer.put(Charset.defaultCharset().encode("test")); 
 
  // 切換到 buffer 的讀模式 
  buffer.flip(); 
  datagramChannel.send(buffer, new InetSocketAddress("localhost", 8080)); 
}

然后是服務器：

public static void main(String[] args) throws IOException { 
  DatagramChannel datagramChannel = DatagramChannel.open(); 
  datagramChannel.bind(new InetSocketAddress(8080)); 
 
  ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(16); 
  datagramChannel.receive(buffer); 
 
  printBuffer(buffer); 
}

責任編輯：武曉燕來源： SH的全棧筆記

Java 數據 ByteBuffer