NIO之通道(Channel)的原理与获取以及数据传输与内存映射文件

通道（Channel）

　　由java.nio.channels包定义的，Channel表示IO源与目标打开的连接，Channel类似于传统的“流”，只不过Channel本身不能直接访问数据，Channel只能与Buffer进行交互。通道主要用于传输数据，从缓冲区的一侧传到另一侧的实体（如文件、套接字...），反之亦然；通道是访问IO服务的导管，通过通道，我们可以以最小的开销来访问操作系统的I/O服务；顺便说下，缓冲区是通道内部发送数据和接收数据的端点。

　　在标准的IO当中，都是基于字节流/字符流进行操作的，而在NIO中则是是基于Channel和Buffer进行操作，其中的Channel的虽然模拟了流的概念，实则大不相同。

区别	Stream	Channel
支持异步	不支持	支持
是否可双向传输数据	不能，只能单向	可以，既可以从通道读取数据，也可以向通道写入数据
是否结合Buffer使用	不	必须结合Buffer使用
性能	较低	较高

传统与革新

传统的数据流：

CPU处理IO，性能损耗太大

改为：

内存和IO接口之间加了 DMA(直接存储器)，DMA向CPU申请权限，IO的操作全部由DMA管理。CPU不要干预。

若有大量的IO请求，会造成DMA的走线过多，则也会影响性能。

则改DMA为Channel，Channel为完全独立的单元，不需要向CPU申请权限，专门用于IO。

 

早一代IO操作是由CPU负责IO接口

新一代DMA授权处理IO接口

通道（Channel）模式

Channel的实现类

java.nio.channels.Channel 接口：
|-- FileChannel
|-- SocketChannel
|-- ServerSocketChannel
|-- DatagramChannel

获取通道Channel

1.Java针对支持通道的类提供了getChannel()方法

本地IO

• FileInputStream/FileOutputStream
• RandomAccessFile

网络IO

• Socket
• ServerSocket
• DatagramSocket

2.在jdk1.7中的NIO.2针对各个通道提供了静态方法open()

如

FileChannel.open(Paths.get("d:\xxx.jpg"), StandardOpenOption.READ);

3.在jdk1.7中的NIO.2的Files工具类的newByteChannel()

如

Files.newByteChannel(filePath)

通道之间的数据传输

transferFrom()
transferTo()

StandardOpenOption介绍

在打开文件通道时可以选择的选项有很多，其中最常见的是读取和写入模式的选择，分别通过java.nio.file.StandardOpenOption枚举类型中的READ和WRITE来声明。

1. CREATE表示当目标文件不存在时，需要创建一个新文件；
2. CREATE_NEW同样会创建新文件，区别在于如果文件已经存在，则会产生错误；
3. APPEND表示对文件的写入操作总是发生在文件的末尾处，即在文件的末尾添加新内容；
4. 当声明了TRUNCATE_EXISTING选项时，如果文件已经存在，那么它的内容将被清空；
5. DELETE_ON_CLOSE用在需要创建临时文件的时候，声明了这个选项之后，当文件通道关闭时，Java虚拟机会尽力尝试去删除这个文件。

代码示例

package com.expgiga.NIO;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.MappedByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.file.Paths;
import java.nio.file.StandardOpenOption;

/**
 * Channel:用于源节点与目标节点之间的连接。在Java NIO中，负责缓冲区中数据传输，Channel本身不存储数据，因此需要配合缓冲区进行传输。
 *
 *
 */
public class TestChannel {

    public static void main(String[] args) throws IOException {

        /*
         * 1.利用通道完成文件的复制（非直接缓冲区）
         */
        FileInputStream fis = null;
        FileOutputStream fos = null;

        FileChannel inChannel = null;
        FileChannel outChannel = null;

        try {
            fis = new FileInputStream("1.jpg");
            fos = new FileOutputStream("2.jpg");
            //1.获取通道
            inChannel = fis.getChannel();
            outChannel = fos.getChannel();

            //2.分配指定大小的缓冲区
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

            //3.将通道中的数据缓冲区中
            while (inChannel.read(buffer) != -1) {

                buffer.flip();//切换成都数据模式

                //4.将缓冲区中的数据写入通道中
                outChannel.write(buffer);
                buffer.clear();//清空缓冲区
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (outChannel != null) {
                try {
                    outChannel.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

            if (inChannel != null) {
                try {
                    inChannel.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

            if (fis != null) {
                try {
                    fis.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

            if (fos != null) {
                try {
                    fos.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }


        /*
         * 2.利用（直接缓冲区）通道完成文件的复制(内存映射文件的方式)
         */
　　　　　　
        long start = System.currentTimeMillis();
        FileChannel inChannel2 = FileChannel.open(Paths.get("1.jpg"), StandardOpenOption.READ);
        FileChannel outChannel2 = FileChannel.open(Paths.get("3.jpg"), StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.READ, StandardOpenOption.CREATE);

        //内存映射文件
        MappedByteBuffer inMappedBuf = inChannel2.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, inChannel.size());
        MappedByteBuffer outMappedBuf = outChannel2.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, inChannel.size());

        //直接对缓冲区进行数据读写操作
        byte[] dst = new byte[inMappedBuf.limit()];
        inMappedBuf.get(dst);
        outMappedBuf.put(dst);

        inChannel2.close();
        outChannel2.close();

        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("耗费的时间为：" + (end - start));

        /*
         * 通道之间的数据传输（直接缓冲区）
         */
        FileChannel inChannel3 = FileChannel.open(Paths.get("1.jpg"), StandardOpenOption.READ);
        FileChannel outChannel3 = FileChannel.open(Paths.get("3.jpg"), StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.READ, StandardOpenOption.CREATE);

        inChannel3.transferTo(0, inChannel3.size(), outChannel3);
        //等价于
//        outChannel3.transferFrom(inChannel3, 0, inChannel3.size());

        inChannel3.close();
        outChannel3.close();
    }
}

 结果比较

我复制的文件大小为312MB

io time:2685
nio channel time:1129
nio buffer time:601

说明nio操作缓冲区是最快的。