5. 彤哥说netty系列之Java NIO核心组件之Channel

nio

你好,我是彤哥,本篇是netty系列的第五篇。

简介

上一章我们一起学习了如何使用Java原生NIO实现群聊系统,这章我们一起来看看Java NIO的核心组件之一——Channel。

思维转变

首先,我想说的最重要的一个点是,学习NIO思维一定要从BIO那种一个连接一个线程的模式转变成多个连接(Channel)共用一个线程来处理的这种思维。

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1个Connection = 1个Socket = 1个Channel,这几个概念可以看作是等价的,都表示一个连接,只不过是用在不同的场景中。

如果单从阻塞/非阻塞的角度来看的话,IO可以分成两大类,一类是Blocking IO,一类是Non-blocking IO,像IO五种模型中的后四种其实都可以看作是非阻塞型IO,只是各自使用的手段不相同罢了。

在Java中,我们说的非阻塞IO或者说NIO(New IO)主要是指多路复用IO,底层可以使用select/poll/epoll等技术实现。

另外,在Java1.7的时候引入了NIO2,这个主要是指异步IO模型,也就是我们常说的AIO,底层完全使用异步回调的方式来实现。

但是,由于AIO这项技术在linux操作系统上还不太成熟,所以我们通常也不会说太多关于这方面的内容。

在后面我们学习Netty的时候会再次讲到这三种IO模型,可以看到Netty是完全支持三种IO的,但是它把OIO(BIO)和AIO都给deprecated了,也进一步说明了AIO的不成熟性。

好了,扯了一下思维转变的问题,下面正式进入今天的内容——Java NIO核心组件之Channel

Channel

概念

我们先来看看Java中对于Channel的定义,位于java.nio.channels.Channel类的注释上:

A nexus for I/O operations.
本文来源工从号彤哥读源码
A channel represents an open connection to an entity such as a hardware device, a file, a network socket, or a program component that is capable of performing one or more distinct I/O operations, for example reading or writing.

第一句,它是IO操作的一种连接。

nexus, the means of connection between things linked in series.

第二句,Channel代表到实体的开放连接,这个实体可以是硬件,文件,网络套接字,或者程序组件,并且可以执行一个或多个不同的IO操作,例如,读或写。

简单点讲,Channel就是实体与实体之间的连接,比如,操作文件可以使用FileChannel,操作网络可以使用SocketChannel等。

与流的区别

BIO是面向流(Stream)编程的,流又分成InputStream和OutputStream,那么Channel和Stream有什么区别呢?

  • Channel可以同时支持读和写,而Stream只能支持单向的读或写(所以分成InputStream和OutputStream)

  • Channel支持异步读写,Stream通常只支持同步
  • Channel总是读向(read into)Buffer,或者写自(write from)Buffer(有点绕,以Channel为中心,从Channel中读出数据到Buffer,从Buffer中往Channel写入数据)

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实现方式

下面列举了JDK中比较重要的实现方式:

  • FileChannel:操作文件
  • DatagramChannel:UDP协议支持
  • SocketChannel:TCP协议支持
  • ServerSocketChannel:监听TCP协议Accept事件,之后创建SocketChannel

例子

public class FileChannelTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 从文件获取一个FileChannel
        FileChannel fileChannel = new RandomAccessFile("D:\\object.txt", "rw").getChannel();
        // 声明一个Byte类型的Buffer
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
        // 将FileChannel中的数据读出到buffer中,-1表示读取完毕
        // buffer默认为写模式,本文来源工从号彤哥读源码
        // read()方法是相对channel而言的,相对buffer就是写
        while ((fileChannel.read(buffer)) != -1) {
            // buffer切换为读模式
            buffer.flip();
            // buffer中是否有未读数据
            while (buffer.hasRemaining()) {
                // 未读数据的长度
                int remain = buffer.remaining();
                // 声明一个字节数组
                byte[] bytes = new byte[remain];
                // 将buffer中数据读出到字节数组中
                buffer.get(bytes);
                // 打印出来
                System.out.println(new String(bytes, StandardCharsets.UTF_8));
            }
            // 清空buffer,为下一次写入数据做准备
            // clear()会将buffer再次切换为写模式
            buffer.clear();
        }
    }
}

可以看到,Channel与Buffer是息息相关的。注意这里的读写方法,调用者是谁就以谁为核心,channel.read()就表示从channel读出数据,buffer.get()就表示从buffer读出数据,这跟传统编程的角度不太一样的地方。

总结

今天我们学习了Java NIO核心组件之Channel,它与传统BIO中的流很类似但又有所区别,且经常与Buffer联合起来使用,Buffer又是什么呢?请听下回分解。

参考

挺不错的一个网站:

http://tutorials.jenkov.com/java-nio/channels.html

最后,也欢迎来我的工从号彤哥读源码系统地学习源码&架构的知识。

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posted @ 2019-12-01 23:44  彤哥读源码  阅读(...)  评论(...编辑  收藏