通道和缓冲区

• 通道

通常来说NIO中的所有IO都是从Channel开始的。Channel和流有点类似。通过Channel,我们即可以从Channel把数据写到Buffer中,也可以把数据从Buffer写入到Channel,下图是一个示意图: 

 

通道可以理解成一种连接，根据连接对象的不同，可以分为下面这些类型

文件连接：FileChannel，用于文件的读写

UDP连接：DatagramChannel，用于UDP数据的读写

Socket客户端：SocketChannel，用于TCP数据的读写

Socket服务端：ServerSocketChanel，用于监听TCP连接，每个请求都会生成一个SocketChannel

通道的作用相当于基本IO中的流，但有如下几点区别：

1、通道可以读也可以写，而流只能读或者写

2、通道可以异步读写，而流在读或写的时候，都是阻塞的

3、通道总是基于缓冲区Buffer来读写的，而流的读写是基于虚拟机内存的

demo01：使用通道来进行文件的读取

    /**
     * 使用通道读文件数据
     */
    public void readFile() {
        Path path = Paths.get("/Users/sherry/WorkPath/Git/LinkTest/zln-learning/testDir/content.html");
        Charset charset = Charset.forName("UTF-8");
        CharsetDecoder decoder = charset.newDecoder();//解码器

        try (FileChannel fileChannel = FileChannel.open(path, StandardOpenOption.READ)) {
            ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate((int) fileChannel.size());
            CharBuffer charBuffer = CharBuffer.allocate((int) fileChannel.size());
            logger.debug("缓冲区大小:"+(int) fileChannel.size());//371
            if ((fileChannel.read(byteBuffer)) != -1) {//因为缓存容量的缘故,其实只需要读取一次  对于大文件,需要循环
                logger.debug("ByteBuffer limit:"+byteBuffer.limit());//371
                byteBuffer.flip();//limit到当前位置  pos到0
                decoder.decode(byteBuffer, charBuffer, true);//将读取到的字节按照指定方式进行解码,写入到字符缓冲区中
                logger.debug("CharBuffer limit:"+charBuffer.limit());//371
                charBuffer.flip();
                System.out.print(charBuffer);

                byteBuffer.clear();
                charBuffer.clear();
            }
        } catch (IOException e) {
            logger.error(e.getMessage(), e);
        }
    }

用到了如下知识

　　1、Path表示路径

　　2、使用CharserDecoder进行解码

　　3、ByteBuffer到CharBuffer之间使用解码器进行转换

　　4、使用TWR实现资源的安全关闭

　　5、缓冲区的flip与clear操作

demo02：使用通道实现文件的写入

    /**
     * 打开并写数据
     *
     * @throws IOException
     */
    public void openAndWrite() throws IOException {
        Charset charset = Charset.forName("UTF-8");
        CharsetEncoder encoder = charset.newEncoder();
        //已有的File流,一般也提供了 getChannel 方法,用于获取 FileChannel 实例
        try (FileChannel fileChannel = FileChannel.open(Paths.get("/Users/sherry/WorkPath/Git/LinkTest/zln-learning/testDir/fileChannel.txt")
                , StandardOpenOption.CREATE, StandardOpenOption.TRUNCATE_EXISTING, StandardOpenOption.WRITE)) {
            ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024 * 4);
            CharBuffer charBuffer = CharBuffer.allocate(1024 * 4);
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
                String writeStr = "张柳宁 - " + UUID.randomUUID().toString() + System.lineSeparator();//待写入的数据
                charBuffer.put(writeStr);
                charBuffer.flip();
                encoder.encode(charBuffer, byteBuffer, true);
                byteBuffer.flip();
                fileChannel.write(byteBuffer);
                byteBuffer.clear();
                charBuffer.clear();
            }

        }
    }

• 缓冲区 

缓冲区根据缓存的内容不同，可以分为如下几类

ByteBuffer
CharBuffer
DoubleBuffer

FloatBuffer

IntBuffer
LongBuffer 

ShortBuffer 

MappedBytesBuffer  - 用于映射内存与文件

 

Buffer本质是就是一块内存区，可以用来读写数据，这块内存被NIO包装起来，对外提供了一系列便于开发的接口

先来说说Buffer的共性

1、capacity，所有的缓冲区都有一个初始大小，它代表了这块缓冲区的容量，不可改变

2、limit，读写操作允许的最大位置。刚开始创建的时候，limit等于capacity

3、position，当前读写位置。初始化时为0.一旦写数据，写一个就往后移动一个单元，最大值为capacity-1

Buffer提供的很多方式都是在对以上三个属性进行操作

举例：

　　读缓冲区前：调用flip，limit设为当前的position，position设为0.这样在读取的时候才能将有效数据全部读取出来

　　读缓冲区后：如果全部读完了，调用clear，对Buffer重新初始化，compact 方法会将已经读取到的数据清除出缓冲区，未读取的数据通通往前移

　　重复读取：rewind，将position设为0，limit保持不变

其他操作

　　mark，记录当前position

　　reset，恢复到mark时候的position

其他方法详见API

关于limit，Buffer在读和写的时候含义有所区别，见下图

• 单通道，多缓冲区读写

1、将一个通道中的数据一次性写入到多个缓冲区中

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

在写入缓冲区数组过程中，按照顺序去填充缓冲区，适合报文长度固定的情况。

2、多个缓冲区的数据写入到一个通道中

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

按照顺序，从position到limit之间的数据会被写入到channel中

• 文件传输

    public void copyFile() {
        try (FileChannel srcChannel = FileChannel.open(Paths.get("/Users/sherry/WorkPath/Git/LinkTest/zln-learning/testDir/content.html"), StandardOpenOption.READ);
             FileChannel destChannel = FileChannel.open(Paths.get("/Users/sherry/WorkPath/Git/LinkTest/zln-learning/testDir/content_bak.html"), StandardOpenOption.CREATE, StandardOpenOption.WRITE)) {
//            srcChannel.transferTo(0, srcChannel.size(), destChannel);//等效
            destChannel.transferFrom(srcChannel, 0, srcChannel.size());//等效
        } catch (IOException e) {
            logger.error(e.getMessage(), e);
        }
    }