Java nio入门教程详解(二十八)

360lec 2016-09-30

展开全文

3.6 管道

java.nio.channels包中含有一个名为Pipe(管道)的类。广义上讲，管道就是一个用来在两个实体之间单向传输数据的导管。管道的概念对于 Unix(和类 Unix)操作系统的用户来说早就很熟悉了。Unix 系统中，管道被用来连接一个进程的输出和另一个进程的输入。Pipe类实现一个管道范例，不过它所创建的管道是进程内(在Java虚拟机进程内部)而非进程间使用的。参见图 3-10。

图 3-10 Pipe 类层次结构

Pipe类创建一对提供环回机制的Channel对象。这两个通道的远端是连接起来的，以便任何写在SinkChannel对象上的数据都能出现在SourceChannel对象上。图 3-11 显示了Pipe的类层级。

package java.nio.channels;
public abstract class Pipe {
    public static Pipe open() throws IOException
    public abstract SourceChannel source();
    public abstract SinkChannel sink(); public static abstract class SourceChannel extends AbstractSelectableChannel implements ReadableByteChannel, ScatteringByteChannel
    public static abstract class SinkChannel extends AbstractSelectableChannel implements WritableByteChannel, GatheringByteChannel
}

图 3-11 管道是一对循环的通道

Pipe实例是通过调用不带参数的Pipe.open()工厂方法来创建的。Pipe类定义了两个嵌套的通道类来实现管路。这两个类是 Pipe.SourceChannel(管道负责读的一端)和 Pipe.SinkChannel(管道负责写的一端)。这两个通道实例是在Pipe对象创建的同时被创建的，可以通过在 Pipe 对象上分别调用source()和sink()方法来取回。

此时，您可能在想管道到底有什么作用。您不能使用Pipe在操作系统级的进程间建立一个类Unix 管道(您可以使用SocketChannel来建立)。Pipe的source通道和sink通道提供类似java.io.PipedInputStream和java.io.PipedOutputStream所提供的功能，不过它们可以执行全部的通道语义。请注意，SinkChannel和SourceChannel都由AbstractSelectableChannel引申而来(所以也是从SelectableChannel引申而来)，这意味着pipe通道可以同选择器一起使用(参见第四章)。

管道可以被用来仅在同一个Java虚拟机内部传输数据。虽然有更加有效率的方式来在线程之间传输数据，但是使用管道的好处在于封装性。生产者线程和用户线程都能被写道通用的Channel API中。根据给定的通道类型，相同的代码可以被用来写数据到一个文件、socket 或管道。选择器可以被用来检查管道上的数据可用性，如同在socket通道上使用那样地简单。这样就可以允许单个用户线程使用一个Selector来从多个通道有效地收集数据，并可任意结合网络连接或本地工作线程使用。因此，这些对于可伸缩性、冗余度以及可复用性来说无疑都是意义重大的。

Pipes的另一个有用之处是可以用来辅助测试。一个单元测试框架可以将某个待测试的类连接到管道的「写」端并检查管道的「读」端出来的数据。它也可以将被测试的类置于通道的「读」端并将受控的测试数据写进其中。两种场景对于回归测试都是很有帮助的。

管路所能承载的数据量是依赖实现的(implementation-dependent)。唯一可保证的是写到SinkChannel中的字节都能按照同样的顺序在SourceChannel上重现。例 3-11 诠释了如何使用管道。

/*
 *例 3-11 工作线程对一个管道进行写操作
 */
package com.ronsoft.books.nio.channels;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.ReadableByteChannel;
import java.nio.channels.WritableByteChannel;
import java.nio.channels.Pipe;
import java.nio.channels.Channels;
import java.util.Random;
/**
* Test Pipe objects using a worker thread.
*
* Created April, 2002
* @author Ron Hitchens (ron@ronsoft.com)
*/
public class PipeTest {

    public static void main (String [] argv) throws Exception {
        // Wrap a channel around stdout
        WritableByteChannel out = Channels.newChannel(System.out);
        // Start worker and get read end of channel
        ReadableByteChannel workerChannel = startWorker(10);
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(100);
        while (workerChannel.read(buffer) >= 0) {
            buffer.flip();
            out.write(buffer);
            buffer.clear();
        }
    }
    
    // This method could return a SocketChannel or
    // FileChannel instance just as easily
    private static ReadableByteChannel startWorker (int reps) throws Exception {
        Pipe pipe = Pipe.open();
        Worker worker = new Worker(pipe.sink(), reps);
        worker.start();
        return (pipe.source());
    }
    
    // -----------------------------------------------------------------
    /**
    * A worker thread object which writes data down a channel.
    * Note: this object knows nothing about Pipe, uses only a
    * generic WritableByteChannel.
    */
    private static class Worker extends Thread {
        WritableByteChannel channel;
        private int reps;

        Worker(WritableByteChannel channel, int reps) {
            this.channel = channel;
            this.reps = reps;
        }

        // Thread execution begins here
        public void run() {
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(100);
            try {
                for (int i = 0; i < this.reps; i++) {
                    doSomeWork (buffer);
                    // channel may not take it all at once
                    while (channel.write(buffer) > 0) {
                        // empty
                    }
                }
                this.channel.close();
            } catch (Exception e) {
                // easy way out; this is demo code
                e.printStackTrace();
            }
        }
        
        private String [] products = {"No good deed goes unpunished", "To be, or what?", "No matter where you go, there you are", "Just say \"Yo\"", "My karma ran over my dogma"};
        private Random rand = new Random();
        
        private void doSomeWork (ByteBuffer buffer) {
            int product = rand.nextInt(products.length);
            buffer.clear();
            buffer.put(products[product].getBytes());
            buffer.put("\r\n".getBytes());
            buffer.flip();
        }
    }
}