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Channel

FileChannel

打开 FileChannel

从 FileChannel 读数据

写数据到 FileChannel

关闭 FileChannel

示例

读数据

写数据

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Channel

在 NIO 中，Channel 和 Buffer 是相辅相成的，只能从 Channel 读取数据到 Buffer 中，或者从 Buffer 写入数据到 Channle，如下图：

Channel 类似于 OIO 中的流(Stream)，但是又有所区别：

• 流是单向的，但 Channel 是双向的，可读可写。
• 流是阻塞的，但 Channle 可以异步读写。
• 流中的数据可以选择性的先读到缓存中，而 Channel 的数据总是要先读到一个 Buffer 中，或从 Buffer 中写入，如上图。

NIO 中通过 Channel 封装了对数据源的操作，通过 Channel 可以操作数据源，但是又不必关注数据源的具体物理结构，这个数据源可以是文件，也可以是socket。
Channel 的接口定义如下：

publicinterface Channel extends Closeable {public boolean isOpen();public void close() throws IOException;
}

Channel 接口仅定义两个方法：

• isOpen()：Channel 是否打开
• close()：关闭 Channel

它的主要实现有：

• FileChannel：文件通道，用于文件的数据读写。
• SocketChannel：套接字通道，能通过 TCP 读写网络中的数据。
• ServerSocketChannel：服务器套接字通道，监听新进来的 TCP 连接，像 web 服务器那样，对每一个新进来的连接都会创建一个 SocketChannel。
• DatagramChannel：数据报通道，能通过 UDP 读写网络中的数据。

基本类图如下：

下面就 FileChannel 做详细介绍。 

FileChannel

FileChannel 主要是用来读写和映射一个系统文件的 Channel，它是一个抽象类，具体由 FileChannelImpl 来实现。
定义如下：

package java.nio.channels;
publicabstractclass FileChannelextends AbstractInterruptibleChannelimplements SeekableByteChannel, GatheringByteChannel, ScatteringByteChannel{/*** 初始化一个无参构造器.*/protected FileChannel() { }//打开或创建一个文件，返回一个文件通道来访问文件public static FileChannel open(Path path,Set<? extends OpenOption> options,FileAttribute<?>... attrs)throws IOException{FileSystemProvider provider = path.getFileSystem().provider();return provider.newFileChannel(path, options, attrs);}privatestaticfinal FileAttribute<?>[] NO_ATTRIBUTES = new FileAttribute[0];//打开或创建一个文件，返回一个文件通道来访问文件public static FileChannel open(Path path, OpenOption... options)throws IOException{Set<OpenOption> set = new HashSet<OpenOption>(options.length);Collections.addAll(set, options);return open(path, set, NO_ATTRIBUTES);}//从这个通道读入一个字节序列到给定的缓冲区public abstract int read(ByteBuffer dst) throws IOException;//从这个通道读入指定开始位置和长度的字节序列到给定的缓冲区public abstract long read(ByteBuffer[] dsts, int offset, int length)throws IOException;/*** 从这个通道读入一个字节序列到给定的缓冲区*/public final long read(ByteBuffer[] dsts) throws IOException {return read(dsts, 0, dsts.length);}/*** 从给定的缓冲区写入字节序列到这个通道*/public abstract int write(ByteBuffer src) throws IOException;/*** 从给定缓冲区的子序列向该信道写入字节序列*/public abstract long write(ByteBuffer[] srcs, int offset, int length)throws IOException;/*** 从给定的缓冲区写入字节序列到这个通道*/public final long write(ByteBuffer[] srcs) throws IOException {return write(srcs, 0, srcs.length);}/*** 返回通道读写缓冲区中的开始位置*/public abstract long position() throws IOException;/*** 设置通道读写缓冲区中的开始位置*/public abstract FileChannel position(long newPosition) throws IOException;/*** 返回此通道文件的当前大小*/public abstract long size() throws IOException;/*** 通过指定的参数size来截取通道的大小*/public abstract FileChannel truncate(long size) throws IOException;/*** 强制将通道中的更新文件写入到存储设备（磁盘等）中*/public abstract void force(boolean metaData) throws IOException;/*** 将当前通道中的文件写入到可写字节通道中* position就是开始写的位置，long就是写的长度*/public abstract long transferTo(long position, long count,WritableByteChannel target)throws IOException;/*** 将当前通道中的文件写入可读字节通道中* position就是开始写的位置，long就是写的长度*/public abstract long transferFrom(ReadableByteChannel src,long position, long count)throws IOException;/*** 从通道中读取一系列字节到给定的缓冲区中* 从指定的读取开始位置position处读取*/public abstract int read(ByteBuffer dst, long position) throws IOException;/*** 从给定的缓冲区写入字节序列到这个通道* 从指定的读取开始位置position处开始写*/public abstract int write(ByteBuffer src, long position) throws IOException;// -- Memory-mapped buffers --/*** 一个文件映射模式类型安全枚举*/publicstaticclass MapMode {//只读映射模型publicstaticfinal MapMode READ_ONLY= new MapMode("READ_ONLY");//读写映射模型publicstaticfinal MapMode READ_WRITE= new MapMode("READ_WRITE");/*** 私有模式（复制在写）映射*/publicstaticfinal MapMode PRIVATE= new MapMode("PRIVATE");privatefinal String name;private MapMode(String name) {this.name = name;}}/*** 将该通道文件的一个区域直接映射到内存中*/public abstract MappedByteBuffer map(MapMode mode,long position, long size)throws IOException;/*** 获取当前通道文件的给定区域上的锁* 区域就是从position处开始，size长度 * shared为true代表获取共享锁，false代表获取独占锁*/public abstract FileLock lock(long position, long size, boolean shared)throws IOException;/*** 获取当前通道文件上的独占锁*/public final FileLock lock() throws IOException {return lock(0L, Long.MAX_VALUE, false);}/*** 尝试获取给定的通道文件区域上的锁* 区域就是从position处开始，size长度 * shared为true代表获取共享锁，false代表获取独占锁*/public abstract FileLock tryLock(long position, long size, boolean shared)throws IOException;/*** 尝试获取当前通道文件上的独占锁*/public final FileLock tryLock() throws IOException {return tryLock(0L, Long.MAX_VALUE, false);}
}

打开 FileChannel

在使用 FileChannle 之前必须要先打开它，但是无法直接打开一个 FileChannel，需要通过使用一个 InputStream、OutputStream、RandomAcessFile 来获取一个 FileChannel 实例，如下:

RandomAccessFile accessFile = new RandomAccessFile("/Users/chenssy/Documents/FileChannel.txt","rw");
FileChannel fileChannel = accessFile.getChannel();

调用 getChannel() 即可获取 FileChannel 实例，源码如下：

public final FileChannel getChannel() {synchronized (this) {if (channel == null) {channel = FileChannelImpl.open(fd, path, true, rw, this);}return channel;}
}

getChnnel() 方法很简单，直接调用 FileChannelImpl 的静态方法 open()：

public static FileChannel open(Path path,Set<? extends OpenOption> options,FileAttribute<?>... attrs) throws IOException{FileSystemProvider provider = path.getFileSystem().provider();return provider.newFileChannel(path, options, attrs);
}

从 FileChannel 读数据

调用 FileChannel 的 read() 方法即可从 FileChannel 中获取数据，当然不是直接获取，而是需要先写入到 Buffer 中，所以调用 read() 之前，需要分配一个 Buffer，然后调用 read() ，该方法返回 int 表示有多少数据读取到了 Buffer 中了，如果返回 -1 表示已经到文件末尾了。

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
int readCount = fileChannel.read(buffer);

FileChannel 仅定义了方法，具体实现在 FileChannelImpl，如下：

public int read(ByteBuffer dst) throws IOException {ensureOpen();if (!readable)thrownew NonReadableChannelException();// 加锁synchronized (positionLock) {int n = 0;int ti = -1;try {begin();ti = threads.add();if (!isOpen())return0;do {// 通过IOUtil.read实现n = IOUtil.read(fd, dst, -1, nd);} while ((n == IOStatus.INTERRUPTED) && isOpen());return IOStatus.normalize(n);} finally {threads.remove(ti);end(n > 0);assert IOStatus.check(n);}}
}

• 首先确保该 Channel 是打开的
• 然后加锁，主要是因为写入缓冲区需要保证线程安全

• 最后通过 IOUtils.read() 实现

  static int read(FileDescriptor fd, ByteBuffer dst, long position, NativeDispatcher nd) throws IOException{// 1 申请一块临时堆外DirectByteBufferByteBuffer bb = Util.getTemporaryDirectBuffer(dst.remaining());try {// 2 先往DirectByteBuffer写入数据，提高效率int n = readIntoNativeBuffer(fd, bb, position, nd);bb.flip();if (n > 0)// 3 再拷贝到传入的bufferdst.put(bb);return n;} finally {Util.offerFirstTemporaryDirectBuffer(bb);}
  }

• 首先申请一块临时的堆外 DirectByteBuffer

• 然后先往 DirectByteBuffer 写入数据，因为这样能够提高效率，为什么会提高效率，后文分析。

• 最后拷贝到 ByteBuffer 中 

  写数据到 FileChannel

  read()方法是从 FileChannel 中读取数据，那 write()方法则是从 ByteBuffer中读取数据写入到 Channel 中。调用 write() 需要先申请一个 ByteBuffer ，如下:

  ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
  fileChannel.write(buffer);

  同样，实现是在 FileChannelImpl 中。

  public int write(ByteBuffer src) throws IOException {ensureOpen();if (!writable)thrownew NonWritableChannelException();synchronized (positionLock) {int n = 0;int ti = -1;try {begin();ti = threads.add();if (!isOpen())return0;do {n = IOUtil.write(fd, src, -1, nd);} while ((n == IOStatus.INTERRUPTED) && isOpen());return IOStatus.normalize(n);} finally {threads.remove(ti);end(n > 0);assert IOStatus.check(n);}}
  }

  与 read() 方法实现一模一样，先确定该 Channel 是打开的，然后加锁，最后调用 IOUtil 的 write()。

  static int write(FileDescriptor fd, ByteBuffer src, long position, NativeDispatcher nd)throws IOException{if (src instanceof DirectBuffer)return writeFromNativeBuffer(fd, src, position, nd);int pos = src.position();int lim = src.limit();assert (pos <= lim);int rem = (pos <= lim ? lim - pos : 0);// 2 否则构造一块跟传入缓冲区一样大小的DirectBufferByteBuffer bb = Util.getTemporaryDirectBuffer(rem);try {bb.put(src);bb.flip();src.position(pos);// 3 调用writeFromNativeBuffer读取int n = writeFromNativeBuffer(fd, bb, position, nd);if (n > 0) {// now update srcsrc.position(pos + n);}return n;} finally {Util.offerFirstTemporaryDirectBuffer(bb);}
  }

• 首先判断传入的 Buffer 是否为 DirectBuffer，如果是的话，就直接写入

• 否则则构造一块跟传入 Buffer 一样大小的 DirectBuffer

• 最后调用 writeFromNativeBuffer() 

  关闭 FileChannel

  保持好习惯，用完了一定要记得关闭：close()。

  public final void close() throws IOException {synchronized (closeLock) {if (!open)return;open = false;implCloseChannel();}
  }

  调用 implCloseChannel() 释放 Channel。

  protected void implCloseChannel() throws IOException {// 释放文件锁if (fileLockTable != null) {for (FileLock fl: fileLockTable.removeAll()) {synchronized (fl) {if (fl.isValid()) {//释放锁nd.release(fd, fl.position(), fl.size());((FileLockImpl)fl).invalidate();}}}}// 通知当前通道所有被阻塞线程threads.signalAndWait();if (parent != null) {((java.io.Closeable)parent).close();} else {nd.close(fd);}
  }

  关闭 FileChannel 时，需要释放所有锁和文件流。 

  示例

  读数据

  public static void main(String[] args) throws Exception {RandomAccessFile accessFile = new RandomAccessFile("/Users/chenssy/Documents/FileChannel.txt","rw");FileChannel fileChannel = accessFile.getChannel();ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);fileChannel.read(buffer);System.out.println(new String(buffer.array()));fileChannel.close();
  }

  写数据

  public static void main(String[] args) throws Exception {String fileContent = "写入数据";RandomAccessFile accessFile = new RandomAccessFile("/Users/chenssy/Documents/FileChannel.txt","rw");FileChannel fileChannel = accessFile.getChannel();ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);buffer.put(fileContent.getBytes("UTF-8"));buffer.flip();fileChannel.write(buffer);fileChannel.close();
  }

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