Java NIO Channel

Java NIO（New IO）是 Java 的替代 IO API（来自 Java 1.4），意味着替代标准 Java IO 和 Java Networking API。 Java NIO 提供了与标准 IO API 不同的使用 IO 的方式。

概述

Java NIO 主要有以下三个核心组件：

Channels
Buffers
Selectors

除此之外，Java NIO 还有许多类和组件，但是 NIO 的核心 API 主要还是由 channel,buffer 和 selector 构成。其余的组件，如 Pipe 和 FileLock，只是与这三个核心组件一起使用的实用程序类，本篇文章先来来介绍 Channel。

通常，NIO 中的所有 IO 都以 Channel 开始，Channel（通道）有点像 Stream（流），但是它又有一些区别：

你既可以从 Channle 中读取数据，也可以向其写入数据。而 Stream 通常只能单向操作，要么读，要么写；
Channel 支持异步读取或写入数据；
数据从 Channel 中读取到 Buffer 中，从 Buffer 写入到 Channel 中。

示意图如下：

channels-buffers

Channel 实现类

以下是 Java NIO 中最重要的 Channel 实现类：

FileChannel：从文件中读取数据，或写入数据到文件中
DatagramChannel：可以通过 UDP 协议在网络上读写数据。
SocketChannel：可以通过 TCP 协议在网络上读写数据。
ServerSocketChannel：监听传入的 TCP 连接，就像 Web 服务器一样。对于每个传入连接，都会创建一个 SocketChannel。

本篇文章先来介绍 FileChannel，其余的后面再来介绍。

FileChannel

Java NIO FileChannel 是一个与文件相连接的通道。通过 FileChannel 你可以从文件中读取数据，以及写入数据到文件中。FileChannel 可以看作是标准 Java IO API 的替代方案。

FileChannel 只能以阻塞模式来使用，不能使用非阻塞模式。

Opening a FileChannel

在使用 FileChannel 之前，你必须先打开它。你不能直接打开一个 FileChannel，你需要通过 InputStream,OutputStream 或 RandomAccessFile 来获取 FileChannel，调用 getChannel()。

代码示例：

FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream("file.txt");
FileChannel fileChannel = outputStream.getChannel();

FileInputStream inputStream = new FileInputStream("file.txt");
FileChannel fileChannel = inputStream.getChannel();

RandomAccessFile accessFile = new RandomAccessFile("file.txt", "rw");
FileChannel fileChannel = accessFile.getChannel();

Reading Data from a FileChannel

调用 read() 方法可以从 FileChannel 中读取相应的数据。例如：

1 2	ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48); int bytesRead = fileChannel.read(buf);

首先需要先分配一个 Buffer，然后调用 read () 方法，从 Channel 中读取数据到 Buffer 中。

返回的 int 数据，告诉我们有多少数据已被写入到了 buffer 中，如果返回 -1 ，则表示到达了 EOF (end-of-file)。

Writing Data to a FileChannel

写入数据需要调用 FileChannel.write () 方法，例如：

String newData = "New String to wirte to file...." + System.currentTimeMillis();

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(48);
buffer.clear();
buffer.put(newData.getBytes());
buffer.flip(); 

RandomAccessFile accessFile = new RandomAccessFile("file.txt", "rw");
FileChannel fileChannel = accessFile.getChannel();
while (buffer.hasRemaining()) {
    fileChannel.write(buffer);
}

由于没法保证有多少 bytes 将会被写入到 FileChannel 中，因此需要将 FileChannle.write () 方法在 while 循环中调用，指导 Buffer 中没有可写入的数据为止。

Closing a FileChannel

用完 FileChannel 之后，必须将其关闭。

1	channel.close();

FileChannel Position

在读取或写入 FileChannel 时，你可以在特定位置执行此操作。

可以通过调用 position() 方法获取 FileChannel 对象的当前位置。也可以通过调用 position(long pos) 方法来设置 FileChannel 的位置。示例：

long pos = fileChannel.position();

long newPos = 12;
fileChannel.position(newPos);

如果你在文件 EOF 之后设置 position，并尝试从 Channel 中读取数据，将会返回 -1 的结束标志。

如果你在文件 EOF 之后设置 position，并尝试写入数据到 Channel 中，文件将会扩展已符合设置的 position，并容纳新的字节。这可能会导致 “文件漏洞”，磁盘上的物理文件在写入数据中会存在间隙。

FileChannel Size

方法 size() 返回 channel 所连接的文件的字节大小，例如：

1	long fileSize = channel.size();

FileChannel Truncate

通过 FileChannel.truncate() 方法，你可以截取文件，例如截取某个 FileChannel 1024 个字节

1	channel.truncate(1024);

FileChannel Force

FileChannel.force() 方法会将所有未写入的数据强制从 channel 刷到磁盘上。出于性能原因，操作系统可能会将数据缓存在内存中，因此在调用 force () 方法之前，无法保证写入 Channel 的数据是否写入到了磁盘中。

force() 有个 boolean 参数，表示是否需要刷新文件的 mete data（元数据）。

1	channel.force(true)

Channel to Channel Transfers

你可以使用 Java NIO 将数据从一个 Channel 直接转移到另一个 Channel 上。假如这个 Channel 是 FileChannel，那么你可以通过 transferTo () 和 transferFrom () 来实现。

channel-transfer

transferFrom()

FileChannel.transferFrom () ：将数据从源 Channel 转移到目标 Channel 中。代码如下：

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(fromChannel, position, count);

position：指定数据传输的起始位置。

count：指定最大的传输的字节数。

transferTo()

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);