JavaNIO中的Channel概述

前面一些Java的文章已经简要对Java NIO做了描述，也详细地介绍了NIO中最基本的Buffer。这篇文章将继续介绍NIO的第二个主要角色 —— Channel。Channel 是对数据的源头和数据目标点流经途径的抽象，在这个意义上和InputStream和OutputStream类似。Channel可以译为“通道、管 道”，而传输中的数据仿佛就像是在其中流淌的水。前面也提到了Buffer，Buffer和Channel相互配合使用，才是Java的NIO。

0. Channel简述

“A nexus for I/O operations.”这是Java API中对Channel的描述，说的是Channel是IO操作的连接点。

开门见山，既然Channel是Java NIO中这么重要的一个角色，那么我们来看一下Java API中给出的类结构图。

Channel类层次结构（摘自《Java NIO》）

从上至下，前三层是描述和约定Channel功能的interface（除了java.nio.channels.spi. AbstractInterruptibleChannel），而在下面几层是和这些结构对应的Channel类。

图中也给出了各个interface和class的方法。Channel接口本身只是总体上提供了两个“不痛不痒”的方法。而紧接着的下面三个接口，各为自己的特征给出了一个方法约定。第三层的接口则是更进一步更具体的扩展。

再往下看，就是实现这些接口的类，从图中左右两侧可以看到，实际上是分为了两大类。一类是SelectableChannel，而另一类是FileChannel。而SelectableChannel实际上是网络通信相关的SocketChannel等的实现基础。

需要注意的是，图中下层的这些class实际上也都是abstract的，即抽象类。我们上面也说过，Channel是数据源和数据归宿之间通道的 抽象。而实际的IO必然是和底层操作系统相关的，是需要依赖平台的具体实现，这些不会再高度抽象的跨平台Java API中体现，只是在JDK实现中有所不同。

除图中提到的以外，还有提供静态方法的工具类Channels。另外，后续的JDK1.7中页增加了新的内容。

1. Channel的使用和分类

之前在介绍ByteBuffer的时候就已经提到过了，Channel是同系统底层数据的交互，为了保证效率，统一使用字节为单位。从上面的类层次 结构图中也可以看得出来，Channel的两个子接口分别是ReadableByteChannel和WritableByteChannel，而 ByteChannel则对这两个接口做了合并归纳。而且SocketChannel和FileChannel都实现了这些接口。

需要注意的是，随着Java API的发展变化，接口的继承关系也和上图绘制的有所不同。如在JavaSE7中，增加了SeekableByteChannel接口等。尽管如此，大体上还是维持了原来的设计结构。

关于Channel对象的创建，有两类情况。对于Socket相关的Channel，只要调用特定类的open()方法即可，之后进行bind或者 connect操作。而文件相关的FileChannel则不然，需要通过FileInputStream、FileOutputStream或者 RandomAccessFile的getChannel()获取Channel对象。

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SocketChannel sc = SocketChannel.open( ); sc.connect (new InetSocketAddress ("somehost", someport));   ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open( ); ssc.socket( ).bind (new InetSocketAddress (somelocalport));   DatagramChannel dc = DatagramChannel.open( );   RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile ("somefile", "r"); FileChannel fc = raf.getChannel( );

从这个地方，我们就发现，其实Channel根据IO服务的情况主要分为两大类，按照《Java NIO》的描述，两类IO分别是：file I/O 和 stream I/O。前者是针对文件读写操作的，而后者多是网络通信相关的和Socket相关的。Channel分类也基本如此，和前者对应的 FileChannel，以及与后者对应的SocketChannel等类对象。

两者的区别不仅仅在Channel对象的构建和初始化上，更重要的还是和Selecotor的结合使用相关。也包括是否支持阻塞模式等。

接下来就是通过Channel进行实际的IO操作，即读和写。其实，这两项分别都在ReadableByteChannel和WritableByteChannel中声明了的。ByteChannel的子类都有

1 2	public int read (ByteBuffer dst) throws IOException; public int write (ByteBuffer src) throws IOException;

这两个方法。

需要注意的是，尽管你所拿到的Channel对象都是有read()和write()方法的，但并不代表他们一定是可读或者可写的。是否可以读写需要了解这个Channel的来头，这是比较讨厌的一点。

读写之后，通常就要进行关闭操作。关闭的概念其实很简单，当一个Channel被关闭后，就不再可用。相关的close()和isOpen()方法 可以进行关闭和检查Channel是否是打开状态。执行close()可能会对线程造成阻塞，当一个Channel关闭后，后续的close()操作直接 返回。

当Channel对象的close和中断结合起来，就有些要提到的了。一个阻塞在Channel对象上的线程如果收到了中断操作，则Channel 对象关闭，线程收到ClosedByInterruptException异常。而把顺序稍微调整一下，一个已经被set中断信号的线程访问 Channel对象时，Channel对象也会被关闭，线程得到ClosedByInterruptException异常。其它阻塞在这个 Channel上的线程会得到AsynchronousCloseException异常。

以上这段中提到的Channel对象需要InterruptibleChannel接口，但FileChannel和SocketChannel等大多数类都完成了对这个interface的实现。

2. Scatter/Gather集与散

Scatter的意思是分散，Gather的意思是聚集。我们注意到在上面的类层次结构图中，除了ByteChannel外，各Channel类还都实现了两个接口，分别是：

• ScatteringByteChannel
• GatheringByteChannel

对于这两个接口，这里不做过多描述。也许我们通过接口中约定的方法，就大概知道他们的作用了。

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public interface ScatteringByteChannel extends ReadableByteChannel {    public long read (ByteBuffer [] dsts) throws IOException;    public long read (ByteBuffer [] dsts, int offset, int length) throws IOException; } public interface GatheringByteChannel extends WritableByteChannel {    public long write(ByteBuffer[] srcs) throws IOException;    public long write(ByteBuffer[] srcs, int offset, int length) throws IOException; }

实际上就是对读写操作进行顺序多Buffer的支持。