【Java8源码分析】NIO包-FileChannel

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1 概述

Java NIO 由以下几个核心部分组成：

BufferChannelSelectors

相关类的使用方法可以参考Java NIO 系列教程，写的通俗易懂。

本文主要从源码方面分析一下Channel类。

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2 Channel介绍

Java NIO的通道类似流，但又有些不同：

既可以从通道中读取数据，又可以写数据到通道。但流的读写通常是单向的。通道可以异步地读写。通道中的数据总是要先读到一个Buffer，或者总是要从一个Buffer中写入。

Java NIO中最重要的通道的实现有以下几种

FileChannel：从文件中读写数据DatagramChannel：能通过UDP读写网络中的数据SocketChannel：能通过TCP读写网络中的数据ServerSocketChannel：可以监听新进来的TCP连接，像Web服务器那样。对每一个新进来的连接都会创建一个SocketChannel

在Java中，Channel是一个简单的接口，只有两个函数，如下所示

public interface Channel extends Closeable { public boolean isOpen(); public void close() throws IOException; }

3 FileChannel

FileChannel主要是用来读、写和映射一个系统文件的Channel，它是一个抽象类，具体由FileChannelImpl实现。

public abstract class FileChannel { // 构造函数 protected FileChannel() { } // 写入buffer public abstract int read(ByteBuffer dst) throws IOException; public abstract long read(ByteBuffer[] dsts, int offset, int length) throws IOException; public final long read(ByteBuffer[] dsts) throws IOException { return read(dsts, 0, dsts.length); } // 从buffer读取 public abstract int write(ByteBuffer src) throws IOException; public abstract long write(ByteBuffer[] srcs, int offset, int length) throws IOException; public final long write(ByteBuffer[] srcs) throws IOException { return write(srcs, 0, srcs.length); } }

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3 FileChannelImpl

3.1 打开通道

有两种方法可以打开一个FileChannel，类似于打开一个字节流文件

（1）通过InputStream、OutputStream或RandomAccessFile来获取一个FileChannel（常用），调用其中一个得getChannel函数即可

public FileChannel getChannel() { synchronized (this) { if (channel == null) { channel = FileChannelImpl.open(fd, true, false, this); } return channel; } }

（2）通过FileChannel的静态方法，直接打开

public static FileChannel open(Path path, Set<? extends OpenOption> options, FileAttribute<?>... attrs) throws IOException { FileSystemProvider provider = path.getFileSystem().provider(); return provider.newFileChannel(path, options, attrs); }

3.2 read

public int read(ByteBuffer dst) throws IOException { ensureOpen(); if (!readable) throw new NonReadableChannelException(); // 1 写入缓冲区需要加锁 synchronized (positionLock) { int n = 0; int ti = -1; try { begin(); ti = threads.add(); if (!isOpen()) return 0; do { // 2 通过IOUtil.read实现 n = IOUtil.read(fd, dst, -1, nd); } while ((n == IOStatus.INTERRUPTED) && isOpen()); return IOStatus.normalize(n); } finally { threads.remove(ti); end(n > 0); assert IOStatus.check(n); } } }

主要步骤如下：

写入缓冲区的操作需要加锁，保证多线程安全临界区中通过IOUtil实现向buffer的写入，IOUtil的read函数如下 static int read(FileDescriptor fd, ByteBuffer dst, long position, NativeDispatcher nd) throws IOException { // 1 申请一块临时堆外DirectByteBuffer ByteBuffer bb = Util.getTemporaryDirectBuffer(dst.remaining()); try { // 2 先往DirectByteBuffer写入数据，提高效率 int n = readIntoNativeBuffer(fd, bb, position, nd); bb.flip(); if (n > 0) // 3 再拷贝到传入的buffer dst.put(bb); return n; } finally { Util.offerFirstTemporaryDirectBuffer(bb); } }

主要步骤如下：

申请一块临时堆外DirectByteBuffer，大小同传入的buffer，不了解DirectByteBuffer的可以参考内存映射文件DirectByteBuffer与MappedByteBuffer一文先往DirectByteBuffer写入数据，这样能提高效率再把DirectByteBuffer数据拷贝到用户传入的buffer

3.3 write

public int write(ByteBuffer src) throws IOException { ensureOpen(); if (!writable) throw new NonWritableChannelException(); // 开始读取之前加锁 synchronized (positionLock) { int n = 0; int ti = -1; try { begin(); ti = threads.add(); if (!isOpen()) return 0; do { // 2 通过IOUtil.write实现 n = IOUtil.write(fd, src, -1, nd); } while ((n == IOStatus.INTERRUPTED) && isOpen()); return IOStatus.normalize(n); } finally { threads.remove(ti); end(n > 0); assert IOStatus.check(n); } } }

主要步骤如下：

读取缓冲区的操作需要加锁，保证多线程安全临界区中通过IOUtil实现从buffer的读取，IOUtil的write函数如下 static int write(FileDescriptor fd, ByteBuffer src, long position, NativeDispatcher nd) throws IOException { // 1 如果传入的缓冲区是DirectBuffer，直接从里面读取 if (src instanceof DirectBuffer) return writeFromNativeBuffer(fd, src, position, nd); int pos = src.position(); int lim = src.limit(); assert (pos <= lim); int rem = (pos <= lim ? lim - pos : 0); // 2 否则构造一块跟传入缓冲区一样大小的DirectBuffer ByteBuffer bb = Util.getTemporaryDirectBuffer(rem); try { bb.put(src); bb.flip(); src.position(pos); // 3 调用writeFromNativeBuffer读取 int n = writeFromNativeBuffer(fd, bb, position, nd); if (n > 0) { // now update src src.position(pos + n); } return n; } finally { Util.offerFirstTemporaryDirectBuffer(bb); } }

主要步骤如下：

判断传入的缓冲区是否是DirectByteBuffer，是的话直接读取否则构造一块跟传入缓冲区一样大小的DirectBuffer调用writeFromNativeBuffer读取

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4 总结

（1）虽然FileChannel在NIO包中，但是FileChannel的读取只能是阻塞的，而像DatagramChannel、SocketChannel则可设置为阻塞的。

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5 参考

http://ifeve.com/file-channel/

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