关于NIO

关于

Java NIO，即“New I/O”（另一说“No-Blocking I/O”）：采用内存映射文件的方式来处理输入输出：NIO将文件或文件的一段区域映射到内存中，这样就可以像访问内存一样访问文件了。

• （相关内容：Java NIO Tutorial，网上资料大多来自于此）
• 此 NIO，意为Java的“New IO API”，而非“No-Blocking I/O”模型。

与 IO

NIO与标准IO不同：NIO支持面向缓冲区的、基于通道的IO操作，以更加高效的方式进行文件的读写操作。

• （“旧”的I/O包已经使用NIO重新实现过，“即使我们不显式的使用NIO编程，也能从中受益”）
• （NIO子系统不会取代java.io包中可用的基于流的I/O类）

IO	NIO
面向流（Stream Oritented）	面向缓冲区（Buffer Oritented）
阻塞IO（Blocking IO）	非阻塞IO（None Blocking IO）
无	选择器（Selecters）

NIO 包

从JDK1.4开始提供的一系列改进的输入/输出处理，这些类都被放在java.nio包及子包下：

包名称	使用/目的
java.nio	NIO系统的顶级包，NIO系统封装了各种类型的缓冲区。
java.nio.charset	封装了字符集，并且还支持分别将字符转换为字节和字节到编码器和解码器的操作。
java.nio.charset.spi	用于支持字符集服务提供者
java.nio.channels	支持通道，这些通道本质上是打开I/O连接。
java.nio.channels.spi	用于支持频道的服务提供者
java.nio.file	提供对文件的支持
java.nio.file.spi	用于支持文件系统的服务提供者
java.nio.file.attribute	用于提供对文件属性的支持

（为什么学习NIO）

IO操作往往在两个场景下会用到：

1. 文件I/O
2. 网络I/O：NIO的优势体现；

【IO：同步、异步，阻塞、非阻塞】

• 见：
  • “关于：5种I/O模型”
  • “关于：Java网络IO编程（BIO、NIO、AIO）”

NIO 组件

NIO中的所有I/O都是通过一个通道开始的。数据总是从缓冲区写入通道，并从通道读取到缓冲区：

1. 从通道读取：创建一个缓冲区，然后请求通道读取数据；

   

2. 通道写入：创建一个缓冲区，填充数据，并要求通道写入数据；

   

Java NIO 由以下几个核心部分组成：

• “Buffer”
• “Channel”
• “Selector”

Channel

通道，是用于在实体和字节缓冲区之间有效传输数据的介质。它从一个实体读取数据，并将其放在缓冲区块中以供消费。 Java NIO Channel 不同于流：

1. 既可以从通道中读取数据，又可以写数据到通道；但流的读写通常是单向的。
2. 通道可以异步地读写。
3. 通道中的数据总是要先读到一个Buffer，或者总是要从一个Buffer中写入。

“java.nio.channels”类的层次结构：

其中顶层接口：

package java.nio.channels;

import java.io.IOException;
import java.io.Closeable;

public interface Channel extends Closeable {
    // 检查通道是否打开
    public boolean isOpen();
    // 关闭通道
    public void close() throws IOException;

}

Java NIO中，主要使用的通道如下：

1. “FileChannel”：从文件中读写数据；
2. “DatagramChannel”：通过UDP读写网络中的数据；
3. “SocketChannel”：通过TCP读写网络中的数据；
4. “ServerSocketChannel”：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；

示例：

RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("data/nio-data.txt", "rw");
FileChannel inChannel = aFile.getChannel();

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

int bytesRead = inChannel.read(buf);
while (bytesRead != -1) 
{
   System.out.println("Read " + bytesRead);
   buf.flip();

   while(buf.hasRemaining())
   {
      System.out.print((char) buf.get());
   }
   buf.clear();
   bytesRead = inChannel.read(buf);
}
aFile.close();

Buffer

Java NIO中的Buffer用于和NIO通道进行交互：

缓冲区本质上是一块可以写入数据，然后可以从中读取数据的内存。这块内存被包装成NIO Buffer对象，并提供了一组方法，用来方便的访问该块内存。

在Java NIO中使用的核心缓冲区如下：

• ByteBuffer
• MappedByteBuffer
• CharBuffer
• DoubleBuffer
• FloatBuffer
• IntBuffer
• LongBuffer
• ShortBuffer

capacity、position和limit

缓冲区本质上是一块“可以写入数据，然后可以从中读取数据”的内存：这块内存被包装成“NIO Buffer”对象，并提供了一组方法，用来方便的访问该块内存。
为了理解Buffer的工作原理，需要熟悉它的三个属性：

1. capacity：容量；
2. position：读写位置，即下一个值将在此进行读写；
   1. 写模式：初始的position值为0，最大可为capacity-1；
   2. 读模式：当将Buffer从写模式切换到读模式，position会被重置为0；
3. limit：界限，即超过它进行读写是没有意义的；
   1. 写模式：limit等于Buffer的capacity。
   2. 读模式：当切换Buffer到读模式时，limit会被设置成写模式下的position值（已写入数据位置）；

• 不管Buffer处在什么模式，“capacity”的含义总是一样的；

基本用法

使用Buffer读写数据，遵循以下四个步骤：

1. 写入数据到Buffer；   // 向buffer写入数据时，buffer会记录下写了多少数据
2. 调用“flip()”方法；   // 通过flip()方法将Buffer从写模式切换到读模式
3. 从Buffer中读取数据；   // 读模式下，可以读取之前写入到buffer的所有数据
4. 调用“clear()”方法或者“compact()”方法；   // 读完所有数据，就清空缓冲区让它可以再次被写入：clear()方法会清空整个缓冲区；compact()方法只会清除已经读过的数据

RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("data/nio-data.txt", "rw");
FileChannel inChannel = aFile.getChannel();

//create buffer with capacity of 48 bytes
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

int bytesRead = inChannel.read(buf); //read into buffer.
while (bytesRead != -1) {
   buf.flip();  //make buffer ready for read
   while(buf.hasRemaining())
   {
      System.out.print((char) buf.get()); // read 1 byte at a time
   }
   buf.clear(); //make buffer ready for writing
   bytesRead = inChannel.read(buf);
}
aFile.close();

1. Buffer的分配：

   // 分配48字节capacity的ByteBuffer
   ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
   // 分配一个可存储1024个字符的CharBuffer
   CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(1024);
   

2. 向Buffer中写数据：
   1. 从Channel写到Buffer：

      int bytesRead = inChannel.read(buf); //read into buffer.
      

   2. 通过Buffer的“put()”方法写到Buffer里：

      buf.put(127);
      

      • “put()”方法有很多版本，允许以不同的方式把数据写入到Buffer中；
3. 从Buffer中读取数据：
   1. 从Buffer读取数据到Channel：

      int bytesWritten = inChannel.write(buf); // read from buffer into channel.
      

   2. 使用“get()”方法从Buffer中读取数据：

      byte aByte = buf.get();
      

      • “get”方法有很多版本，允许以不同的方式从Buffer中读取数据；

常用方法

• “flip()”：准备读入：

  即，将“position”设回0，并将“limit”设置成之前“position”的值。

• “rewind()”：准备重新读入：

  即，将“position”设回0，所以你可以重读Buffer中的所有数据。“limit”保持不变，仍然表示能从Buffer中读取多少个元素（byte、char等）。

• “clear()”与“compact()”：准备写入：
  1. “clear()”：“position”将被设回0，“limit”被设置成 capacity的值。（Buffer被清空了，但Buffer中的数据并未清除，只是这些标记告诉我们可以从哪里开始往Buffer里写数据）
     • Buffer中未读数据将“被遗忘”。
  2. “compact()”：将所有未读的数据拷贝到Buffer起始处。然后将position设到最后一个未读元素正后面。limit属性依然像clear()方法一样，设置成capacity。
     • 不会覆盖未读的数据。
• “mark()”与“reset()”：

  通过调用Buffer.mark()方法，可以标记Buffer中的一个特定position。之后可以通过调用Buffer.reset()方法恢复到这个position。

• “equals()”与“compareTo()”：比较两个Buffer：（剩余元素是从 position到limit之间的元素）
  1. “equals()”：当满足下列条件时，表示两个Buffer相等：（只是比较Buffer的一部分，不是每一个在它里面的元素都比较。实际上，它只比较Buffer中的剩余元素）
     1. 有相同的类型（byte、char、int等）。
     2. Buffer中剩余的byte、char等的个数相等。
     3. Buffer中所有剩余的byte、char等都相同。
  2. “compareTo()”：比较两个Buffer的剩余元素(byte、char等)， 如果满足下列条件，则认为一个Buffer“小于”另一个Buffer：
     1. 第一个不相等的元素小于另一个Buffer中对应的元素。
     2. 所有元素都相等，但第一个Buffer比另一个先耗尽(第一个Buffer的元素个数比另一个少)。

Selector

Selector（选择器）是Java NIO中能够检测一到多个NIO通道，并能够知晓通道是否为诸如读写事件做好准备的组件。简而言之：“使用单个线程处理多个通道”。

• 这样，一个单独的线程可以管理多个channel，从而管理多个网络连接。【对于操作系统来说，线程之间上下文切换的开销很大，而且每个线程都要占用系统的一些资源（如内存），因此，使用的线程越少越好。（事实上，可以只用一个线程处理所有的通道）】

  （但是，现代的操作系统和CPU在多任务方面表现的越来越好，多线程的开销也变得越来越小了。实际上，如果一个CPU有多个内核，不使用多任务可能是在浪费CPU能力）

SelectionKey

当向Selector注册Channel时，“register()”方法会返回一个“SelectionKey”对象。这个对象包含了一些你感兴趣的属性：

• interest集合：interest集合是你所选择的感兴趣的事件集合。

  可以通过SelectionKey读写interest集合：

  int interestSet = selectionKey.interestOps();
  

  用“位与”操作interest集合和给定的SelectionKey常量，可以确定某个确定的事件是否在interest集合中：

  boolean isInterestedInAccept = (interestSet & SelectionKey.OP_ACCEPT) == SelectionKey.OP_ACCEPT；
  boolean isInterestedInConnect = interestSet & SelectionKey.OP_CONNECT;
  boolean isInterestedInRead = interestSet & SelectionKey.OP_READ;
  boolean isInterestedInWrite = interestSet & SelectionKey.OP_WRITE;
  

• ready集合：ready 集合是通道已经准备就绪的操作的集合。

  在一次选择(Selection)之后，你会首先访问这个ready set：

  int readySet = selectionKey.readyOps();
  

  也可以使用以下四个方法，检测channel中什么事件或操作已经就绪，它们都会返回一个布尔类型：

  selectionKey.isAcceptable();
  selectionKey.isConnectable();
  selectionKey.isReadable();
  selectionKey.isWritable();
  

• Channel：

  从SelectionKey访问Channel：

  Channel channel = selectionKey.channel();
  

• Selector：

  从SelectionKey访问Selector：

  Selector selector = selectionKey.selector();
  

• 附加的对象（可选）：可以将一个对象或者更多信息附着到SelectionKey上，这样就能方便的识别某个给定的通道。

  例如，可以附加 与通道一起使用的Buffer，或是包含聚集数据的某个对象。使用方法如下：

  selectionKey.attach(theObject);
  Object attachedObj = selectionKey.attachment();
  

  还可以在用register()方法向Selector注册Channel的时候附加对象。如：

  SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, theObject);
  

Selector使用

1. Selector的创建：通过调用“Selector.open()”方法创建一个Selector：

   Selector selector = Selector.open();
   

2. 向Selector注册通道：通过“SelectableChannel.register()”方法来实现：

   为了将Channel和Selector配合使用，必须将channel注册到selector上。

   channel.configureBlocking(false);   // 与Selector一起使用时，Channel必须处于非阻塞模式下。
   SelectionKey key = channel.register(selector, Selectionkey.OP_READ);
   

   • 与Selector一起使用时，Channel必须处于非阻塞模式下。这意味着不能将FileChannel与Selector一起使用，因为FileChannel不能切换到非阻塞模式。而套接字通道都可以。
   • 注意register()方法的第二个参数。这是一个“interest集合”，意思是在通过Selector监听Channel时对什么事件感兴趣。可以监听四种不同类型的事件：
     • Connect—对应“SelectionKey”常量—SelectionKey.OP_CONNECT
     • Accept—对应“SelectionKey”常量—SelectionKey.OP_ACCEPT
     • Read—对应“SelectionKey”常量—SelectionKey.OP_READ
     • Write—对应“SelectionKey”常量—SelectionKey.OP_WRITE

     通道触发了一个事件意思是该事件已经就绪：某个channel成功连接到另一个服务器称为“连接就绪”。一个server socket channel准备好接收新进入的连接称为“接收就绪”。一个有数据可读的通道可以说是“读就绪”。等待写数据的通道可以说是“写就绪”。

     如果你对不止一种事件感兴趣，那么可以用“位或”操作符将常量连接起来，如下：

     int interestSet = SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE;
     

3. 通过Selector选择通道：一旦向Selector注册了一或多个通道，就可以调用几个重载的“select()方法”。这些方法返回你所感兴趣的事件（如连接、接受、读或写）已经准备就绪的那些通道：
   • “int select()”：阻塞到至少有一个通道在你注册的事件上就绪了。
   • “int select(long timeout)”：和select()一样，除了最长会阻塞timeout毫秒(参数)。
   • “int selectNow()”：不会阻塞，不管什么通道就绪都立刻返回。（如果自从前一次选择操作后，没有通道变成可选择的，则此方法直接返回零）

     返回的int值表示有多少通道已经就绪。亦即，“自上次调用select()方法后有多少通道变成就绪状态”。【如果调用select()方法，因为有一个通道变成就绪状态，返回了1，若再次调用select()方法，如果另一个通道就绪了，它会再次返回1。如果对第一个就绪的channel没有做任何操作，现在就有两个就绪的通道，但在每次select()方法调用之间，只有一个通道就绪了。】

   • “selectedKeys()”：获取就绪通道

     一旦调用了“select()”方法，并且返回值表明有一个或更多个通道就绪了，然后可以通过调用selector的“selectedKeys()”方法，访问“已选择键集（selected key set）”中的就绪通道：

     Set selectedKeys = selector.selectedKeys();
     

     当像Selector注册Channel时，“Channel.register()”方法会返回一个“SelectionKey”对象（这个对象代表了注册到该Selector的通道）。可以通过SelectionKey的“selectedKeySet()”方法访问这些对象，遍历这个已选择的键集合来访问就绪的通道。如下：

     Set selectedKeys = selector.selectedKeys();   // 
     
     Iterator keyIterator = selectedKeys.iterator();
     while(keyIterator.hasNext()) {
         SelectionKey key = keyIterator.next();
         if(key.isAcceptable()) {
             // a connection was accepted by a ServerSocketChannel.
         } else if (key.isConnectable()) {
             // a connection was established with a remote server.
         } else if (key.isReadable()) {
             // a channel is ready for reading
         } else if (key.isWritable()) {
             // a channel is ready for writing
         }
         keyIterator.remove();
     }
     

     这个循环遍历已选择键集中的每个键，并检测各个键所对应的通道的就绪事件。

     • 注意每次迭代末尾的keyIterator.remove()调用。Selector不会自己从已选择键集中移除SelectionKey实例。必须在处理完通道时自己移除。下次该通道变成就绪时，Selector会再次将其放入已选择键集中。
     • “SelectionKey.channel()”方法返回的通道需要转型成你要处理的类型，如ServerSocketChannel或SocketChannel等。
4. “wakeUp()”：

   某个线程调用“select()”方法后阻塞了，即使没有通道已经就绪，也有办法让其从“select()”方法返回。只要让其它线程在第一个线程调用“select()”方法的那个对象上调用“Selector.wakeup()”方法即可。阻塞在“select()”方法上的线程会立马返回。

   • 如果有其它线程调用了wakeup()方法，但当前没有线程阻塞在select()方法上，下个调用select()方法的线程会立即“醒来（wake up）”。
5. “close()”：

   用完Selector后调用其close()方法会关闭该Selector，且使注册到该Selector上的所有SelectionKey实例无效。通道本身并不会关闭。

示例

打开一个Selector，注册一个通道注册到这个Selector上(通道的初始化过程略去),然后持续监控这个Selector的四种事件（接受，连接，读，写）是否就绪：

Selector selector = Selector.open();
channel.configureBlocking(false);   // 与Selector一起使用时，Channel必须处于非阻塞模式下。
SelectionKey key = channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
while(true) 
{
    int readyChannels = selector.select();
    if(readyChannels == 0) continue;
    
    Set selectedKeys = selector.selectedKeys();
    Iterator keyIterator = selectedKeys.iterator();
    while(keyIterator.hasNext()) 
    {
        SelectionKey key = keyIterator.next();
        if(key.isAcceptable()) {
            // a connection was accepted by a ServerSocketChannel.
        } else if (key.isConnectable()) {
            // a connection was established with a remote server.
        } else if (key.isReadable()) {
            // a channel is ready for reading
        } else if (key.isWritable()) {
            // a channel is ready for writing
        }
        keyIterator.remove();
    }
}

另：

package com.yiibai;

import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.io.IOException;
import java.util.Set;
import java.util.Iterator;
import java.net.InetSocketAddress;

public class SelectorExample {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // Get the selector
        Selector selector = Selector.open();
        System.out.println("Selector is open for making connection: " + selector.isOpen());
        
        // Get the server socket channel and register using selector
        ServerSocketChannel SS = ServerSocketChannel.open();
        InetSocketAddress hostAddress = new InetSocketAddress("localhost", 8080);
        SS.bind(hostAddress);
        SS.configureBlocking(false);
        
        int ops = SS.validOps();
        SelectionKey selectKy = SS.register(selector, ops, null);
        for (;;) {
            System.out.println("Waiting for the select operation...");
            int noOfKeys = selector.select();
            System.out.println("The Number of selected keys are: " + noOfKeys);
            Set selectedKeys = selector.selectedKeys();
            Iterator itr = selectedKeys.iterator();
            while (itr.hasNext()) {
                SelectionKey ky = (SelectionKey) itr.next();
                if (ky.isAcceptable()) {
                    // The new client connection is accepted
                    SocketChannel client = SS.accept();
                    client.configureBlocking(false);
                    // The new connection is added to a selector
                    client.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
                    System.out.println("The new connection is accepted from the client: " + client);
                } else if (ky.isReadable()) {
                    // Data is read from the client
                    SocketChannel client = (SocketChannel) ky.channel();
                    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(256);
                    client.read(buffer);
                    String output = new String(buffer.array()).trim();
                    System.out.println("Message read from client: " + output);
                    if (output.equals("Bye Bye")) {
                        client.close();
                        System.out.println("The Client messages are complete; close the session.");
                    }
                }
                itr.remove();
            } // end of while loop
        } // end of for loop
    }
}

Scatter / Gather

“scatter/gather”：用于描述“从Channel中读取”或者“写入到Channel”的操作：

1. 分散（scatter）读取：将从Channel中读取的数据“分散（scatter）”到多个Buffer中；

   

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

   read()方法按照buffer在数组中的顺序将从channel中读取的数据写入到buffer，当一个buffer被写满后，channel紧接着向另一个buffer中写。

   • Scattering Reads在移动下一个buffer前，必须填满当前的buffer，这也意味着它不适用于动态消息（消息大小不固定）。
2. 聚集（gather）写入：将多个Buffer中的数据“聚集（gather）”后发送到Channel；

   

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

   write()方法会按照buffer在数组中的顺序，将数据写入到channel，注意只有position和limit之间的数据才会被写入。

   与Scattering Reads相反，Gathering Writes能较好的处理动态消息。【？？？】

Channel to Channel Transfers

在Java NIO中，如果两个通道中有一个是“FileChannel”，则可以直接将数据从一个channel传输到另外一个channel。

1. “FileChannel.transferTo()”：将数据从FileChannel传输到其他的channel中；

   RandomAccessFile fromFile = new RandomAccessFile("fromFile.txt", "rw");
   FileChannel fromChannel = fromFile.getChannel();
   
   RandomAccessFile toFile = new RandomAccessFile("toFile.txt", "rw");
   FileChannel toChannel = toFile.getChannel();
   
   long position = 0;
   long count = fromChannel.size();
   
   fromChannel.transferTo(position, count, toChannel);
   

   • 在SoketChannel的实现中，SocketChannel只会传输此刻准备好的数据（可能不足count字节）。因此，SocketChannel可能不会将请求的所有数据(count个字节)全部传输到FileChannel中。
2. “FileChannel.transferFrom()”：将数据从源通道传输到FileChannel中；

   RandomAccessFile fromFile = new RandomAccessFile("fromFile.txt", "rw");
   FileChannel fromChannel = fromFile.getChannel();
   
   RandomAccessFile toFile = new RandomAccessFile("toFile.txt", "rw");
   FileChannel toChannel = toFile.getChannel();
   
   long position = 0;
   long count = fromChannel.size();
   
   toChannel.transferFrom(position, count, fromChannel);
   

   • SocketChannel会一直传输数据直到目标buffer被填满。

常用Channel

FileChannel

FileChannel是一个连接到文件的通道。可以通过文件通道读写文件。

• FileChannel无法设置为非阻塞模式，它总是运行在阻塞模式下。

1. 打开FileChannel：

   无法直接打开一个FileChannel，需要通过使用一个“InputStream”、“OutputStream”或“RandomAccessFile”来获取一个FileChannel实例

   RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("data/nio-data.txt", "rw");
   FileChannel inChannel = aFile.getChannel();
   

2. 从FileChannel读取数据：

   调用多个read()方法之一从FileChannel中读取数据。

   ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
   int bytesRead = inChannel.read(buf);
   

3. 向FileChannel写数据：

   调用write()方法向FileChannel中写入数据。

   • FileChannel.write()是在while循环中调用的。因为无法保证write()方法一次能向FileChannel写入多少字节，因此需要重复调用write()方法，直到Buffer中已经没有尚未写入通道的字节。

   String newData = "New String to write to file..." + System.currentTimeMillis();
   
   ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
   buf.clear();
   buf.put(newData.getBytes());
   
   buf.flip();
   
   while(buf.hasRemaining()) {
   	channel.write(buf);
   }
   

4. 关闭FileChannel：

   用完FileChannel后必须将其关闭。

   channel.close();
   

方法：

1. “position()”：通过调用“position()”方法获取FileChannel的当前位置；通过调用“position(long pos)”方法设置FileChannel的当前位置。

   long pos = channel.position();   // 获取位置
   channel.position(pos +123);   // 设置位置
   

2. “size()”：返回该实例所关联文件的大小。

   long fileSize = channel.size();
   

3. “truncate()”：截取一个文件。截取文件时，文件将中指定长度后面的部分将被删除。

   channel.truncate(1024);   // 截取文件的前1024个字节
   

4. “force()”：将通道里尚未写入磁盘的数据强制写到磁盘上。

   （出于性能方面的考虑，操作系统会将数据缓存在内存中，所以无法保证写入到FileChannel里的数据一定会即时写到磁盘上。要保证这一点，需要调用force()方法。）

   force()方法有一个boolean类型的参数，指明是否同时将文件元数据（权限信息等）写到磁盘上。

   channel.force(true);
   

DatagramChannel

DatagramChannel是一个能收发UDP包的通道。

• 因为UDP是无连接的网络协议，所以不能像其它通道那样读取和写入。
• 它发送和接收的是数据包。

1. 打开 DatagramChannel：

   DatagramChannel channel = DatagramChannel.open();
   channel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));
   

2. 接收数据：通过receive()方法从DatagramChannel接收数据。
   • receive()方法会将接收到的数据包内容复制到指定的Buffer. 如果Buffer容不下收到的数据，多出的数据将被丢弃。

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

3. 发送数据：通过send()方法从DatagramChannel发送数据。
   • 不会通知你发出的数据包是否已收到，因为UDP在数据传送方面没有任何保证。

   String newData = "New String to write to file..." + System.currentTimeMillis();
   
   ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
   buf.clear();
   buf.put(newData.getBytes());
   buf.flip();
   
   int bytesSent = channel.send(buf, new InetSocketAddress("jenkov.com", 80));
   

   以上例子：发送一串字符到”jenkov.com”服务器的UDP端口80，但因为服务端并没有监控这个端口，所以什么也不会发生。

4. 连接到特定的地址：可以将DatagramChannel“连接”到网络中的特定地址的。
   • 由于UDP是无连接的，连接到特定地址并不会像TCP通道那样创建一个真正的连接。而是锁住DatagramChannel，让其只能从特定地址收发数据。

   channel.connect(new InetSocketAddress("jenkov.com", 80));
   

   当连接后，也可以使用read()和write()方法，就像在用传统的通道一样。只是在数据传送方面没有任何保证。

   int bytesRead = channel.read(buf);
   int bytesWritten = channel.write(but);
   

SocketChannel

SocketChannel是一个连接到TCP网络套接字的通道。可以通过以下2种方式创建SocketChannel：

1. 打开一个SocketChannel并连接到互联网上的某台服务器。
2. 一个新连接到达ServerSocketChannel时，会创建一个SocketChannel。

1. 打开 SocketChannel：

   SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
   socketChannel.connect(new InetSocketAddress("http://jenkov.com", 80));
   

2. 关闭 SocketChannel：

   socketChannel.close();
   

3. 从 SocketChannel 读取数据：调用read()方法之一
   1. 首先，分配一个Buffer。从SocketChannel读取到的数据将会放到这个Buffer中。
   2. 然后，调用SocketChannel.read()。该方法将数据从SocketChannel 读到Buffer中。read()方法返回的int值表示读了多少字节进Buffer里。如果返回的是-1，表示已经读到了流的末尾（连接关闭了）。

   ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
   int bytesRead = socketChannel.read(buf);
   

4. 写入 SocketChannel：调用write()方法

   String newData = "New String to write to file..." + System.currentTimeMillis();
   
   ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
   buf.clear();
   buf.put(newData.getBytes());
   
   buf.flip();
   
   while(buf.hasRemaining()) {
       channel.write(buf);
   }
   

   • 注意SocketChannel.write()方法的调用是在一个while循环中的。Write()方法无法保证能写多少字节到SocketChannel。所以，我们重复调用write()直到Buffer没有要写的字节为止。

非阻塞模式

可以设置 SocketChannel 为非阻塞模式（non-blocking mode）。设置之后，就可以在异步模式下调用“connect()”，“read()”和“write()”了。

1. connect()：

   如果SocketChannel在非阻塞模式下，此时调用connect()，该方法可能在连接建立之前就返回了。为了确定连接是否建立，可以调用“finishConnect()”的方法。如下：

   socketChannel.configureBlocking(false);
   socketChannel.connect(new InetSocketAddress("http://jenkov.com", 80));
   
   while(!socketChannel.finishConnect() ){
       //wait, or do something else...
   }
   

2. write()：

   非阻塞模式下，write()方法在尚未写出任何内容时可能就返回了。所以需要在循环中调用write()。

3. read()：

   非阻塞模式下,read()方法在尚未读取到任何数据时可能就返回了。所以需要关注它的int返回值，它会告诉你读取了多少字节。

• 非阻塞模式与选择器：

  非阻塞模式与选择器（Selector）搭配会工作的更好，通过将一或多个SocketChannel注册到Selector，可以询问选择器哪个通道已经准备好了读取、写入等。Selector与SocketChannel的搭配使用会在后面详讲。

ServerSocketChannel

Java NIO中的 ServerSocketChannel 是一个可以监听新进来的TCP连接的通道, 就像标准IO中的ServerSocket一样。

如：

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();

serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));

while(true)
{
    SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
    // do something with socketChannel...
}

1. 打开 ServerSocketChannel：通过调用 ServerSocketChannel.open() 方法来打开ServerSocketChannel；

   ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
   

2. 关闭 ServerSocketChannel：通过调用 ServerSocketChannel.close() 方法来关闭ServerSocketChannel；

   serverSocketChannel.close();
   

3. 监听新进来的连接：通过 ServerSocketChannel.accept() 方法监听新进来的连接。
   • 当 accept()方法返回的时候,它返回一个包含新进来的连接的 SocketChannel。因此, accept()方法会一直阻塞到有新连接到达。
   • （通常不会仅仅只监听一个连接，在while循环中调用 accept()方法）

   while(true)
   {
       SocketChannel socketChannel =
               serverSocketChannel.accept();
   
       //do something with socketChannel...
   }
   

非阻塞模式

ServerSocketChannel可以设置成非阻塞模式。在非阻塞模式下，accept() 方法会立刻返回，如果还没有新进来的连接，返回的将是null。因此，需要检查返回的SocketChannel是否是null.如：

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();

serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));
serverSocketChannel.configureBlocking(false);

while(true)
{
    SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();

    if(socketChannel != null)
    {
        //do something with socketChannel...
    }
}

Java NIO非阻塞式服务器

【见：W3C：Java NIO中文版 的 Java NIO非阻塞式服务器】

其他

Path

【见：核心技术Ⅱ：I/O#Path】

Files

【见：核心技术Ⅱ：I/O#Files】

Pipe

Java NIO 管道是两个线程之间的单向数据连接：Pipe有一个“source”通道和一个“sink”通道。数据会被写到“sink”通道，从“source”通道读取。

1. 创建管道：通过“Pipe.open()”方法打开管道；

   Pipe pipe = Pipe.open();
   

2. 向管道写数据：
   1. 要向管道写数据，需要访问sink通道“SinkChannel”；

      Pipe.SinkChannel sinkChannel = pipe.sink();
      

   2. 通过调用“SinkChannel”的“write()”方法，将数据写入SinkChannel：

      String newData = "New String to write to file..." + System.currentTimeMillis();
      ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
      buf.clear();
      buf.put(newData.getBytes());
      
      buf.flip();
      
      while(buf.hasRemaining()) 
      {
          sinkChannel.write(buf);
      }
      

3. 从管道读取数据：
   1. 从读取管道的数据，需要访问source通道“SourceChannel”：

      Pipe.SourceChannel sourceChannel = pipe.source();
      

   2. 调用source通道的“read()”方法来读取数据：

      ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
      
      int bytesRead = sourceChannel.read(buf);
      

AsynchronousFileChannel

AsynchronousFileChannel可以异步读取数据和将数据写入文件。

1. 创建AsynchronousFileChannel：通过静态方法“open()”创建一个“AsynchronousFileChannel”：

   Path path = Paths.get("data/test.xml");
   AsynchronousFileChannel fileChannel = AsynchronousFileChannel.open(path，StandardOpenOption.READ);
   

   第二个参数是一个或多个打开的选项：“StandardOpenOption.READ”用于读取而打开文件。【见：核心技术Ⅱ：I/O#复制、移动和删除文件】

2. 阅读数据：通过两种方式从“AsynchronousFileChannel”读取数据；
   1. 通过“Future”读取数据：调用“read()”方法获得“Future”对象：
      • 即使读操作尚未完成，“read()”方法也会立即返回。

      AsynchronousFileChannel fileChannel = AsynchronousFileChannel.open(path, StandardOpenOption.READ);
      
      ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
      long position = 0;
      
      Future<Integer> operation = fileChannel.read(buffer, position);
      
      while(!operation.isDone());
      
      buffer.flip();
      byte[] data = new byte[buffer.limit()];
      buffer.get(data);
      System.out.println(new String(data));
      buffer.clear();
      

   2. 通过“CompletionHandler”读取数据：

      fileChannel.read(buffer, position, buffer, new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {
          @Override
          public void completed(Integer result, ByteBuffer attachment) {
              System.out.println("result = " + result);
      
              attachment.flip();
              byte[] data = new byte[attachment.limit()];
              attachment.get(data);
              System.out.println(new String(data));
              attachment.clear();
          }
      
          @Override
          public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {
      
          }
      });
      

3. 写入数据：通过两种方式将数据写入“AsynchronousFileChannel”：
   • 确认path指向一个存在的路径：

     if(!Files.exists(path)){
         Files.createFile(path);
     }
     

   1. 通过“Future”写入数据：

      Path path = Paths.get("data/test-write.txt");
      if(!Files.exists(path)){
          Files.createFile(path);
      }
      AsynchronousFileChannel fileChannel = AsynchronousFileChannel.open(path, StandardOpenOption.WRITE);
      
      ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
      long position = 0;
      
      buffer.put("test data".getBytes());
      buffer.flip();
      
      Future<Integer> operation = fileChannel.write(buffer, position);
      buffer.clear();
      
      while(!operation.isDone());
      
      System.out.println("Write done");
      

   2. 通过“CompletionHandler”写入数据：

      Path path = Paths.get("data/test-write.txt");
      if(!Files.exists(path)){
          Files.createFile(path);
      }
      AsynchronousFileChannel fileChannel = AsynchronousFileChannel.open(path, StandardOpenOption.WRITE);
      
      ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
      long position = 0;
      
      buffer.put("test data".getBytes());
      buffer.flip();
      
      fileChannel.write(buffer, position, buffer, new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {
      
          @Override
          public void completed(Integer result, ByteBuffer attachment) {
              System.out.println("bytes written: " + result);
          }
      
          @Override
          public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {
              System.out.println("Write failed");
              exc.printStackTrace();
          }
      });