Java NIO系列教程（三） Channel之Socket通道

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《Java NIO系列教程（二） Channel》

《Java NIO系列教程（三） Channel之Socket通道》

在《Java NIO系列教程（二） Channel》介绍了FileChannel，本章节介绍socket通道类。

一、Socket通道

　　新的socket通道类可以运行非阻塞模式并且是可选择的。这两个性能可以激活大程序（如网络服务器和中间件组件）巨大的可伸缩性和灵活性。本节中我们会看到，再也没有为每个socket连接使用一个线程的必要了，也避免了管理大量线程所需的上下文交换总开销。借助新的NIO类，一个或几个线程就可以管理成百上千的活动socket连接了并且只有很少甚至可能没有性能损失。所有的socket通道类(DatagramChannel、SocketChannel和ServerSocketChannel)都继承了位于java.nio.channels.spi包中的AbstractSelectableChannel。这意味着我们可以用一个Selector对象来执行socket通道的就绪选择（readiness selection）。

　　请注意DatagramChannel和SocketChannel实现定义读和写功能的接口而ServerSocketChannel不实现。ServerSocketChannel负责监听传入的连接和创建新的SocketChannel对象，它本身从不传输数据。

　　在我们具体讨论每一种socket通道前，您应该了解socket和socket通道之间的关系。之前的章节中有写道，通道是一个连接I/O服务导管并提供与该服务交互的方法。就某个socket而言，它不会再次实现与之对应的socket通道类中的socket协议API，而java.net中已经存在的socket通道都可以被大多数协议操作重复使用。

　　全部socket通道类（DatagramChannel、SocketChannel和ServerSocketChannel）在被实例化时都会创建一个对等socket对象。这些是我们所熟悉的来自java.net的类（Socket、ServerSocket和DatagramSocket），它们已经被更新以识别通道。对等socket可以通过调用socket( )方法从一个通道上获取。此外，这三个java.net类现在都有getChannel( )方法。

　　Socket通道将与通信协议相关的操作委托给相应的socket对象。socket的方法看起来好像在通道类中重复了一遍，但实际上通道类上的方法会有一些新的或者不同的行为。

　　要把一个socket通道置于非阻塞模式，我们要依靠所有socket通道类的公有超级类：SelectableChannel。就绪选择（readiness selection）是一种可以用来查询通道的机制，该查询可以判断通道是否准备好执行一个目标操作，如读或写。非阻塞I/O和可选择性是紧密相连的，那也正是管理阻塞模式的API代码要在SelectableChannel超级类中定义的原因。

　　设置或重新设置一个通道的阻塞模式是很简单的，只要调用configureBlocking( )方法即可，传递参数值为true则设为阻塞模式，参数值为false值设为非阻塞模式。真的，就这么简单！您可以通过调用isBlocking( )方法来判断某个socket通道当前处于哪种模式。

AbstractSelectableChannel.java中实现的configureBlocking()方法如下：

    public final SelectableChannel configureBlocking(boolean block)
        throws IOException
    {
        synchronized (regLock) {
            if (!isOpen())
                throw new ClosedChannelException();
            if (blocking == block)
                return this;
            if (block && haveValidKeys())
                throw new IllegalBlockingModeException();
            implConfigureBlocking(block);
            blocking = block;
        }
        return this;
    }

　　非阻塞socket通常被认为是服务端使用的，因为它们使同时管理很多socket通道变得更容易。但是，在客户端使用一个或几个非阻塞模式的socket通道也是有益处的，例如，借助非阻塞socket通道，GUI程序可以专注于用户请求并且同时维护与一个或多个服务器的会话。在很多程序上，非阻塞模式都是有用的。

　　偶尔地，我们也会需要防止socket通道的阻塞模式被更改。API中有一个blockingLock( )方法，该方法会返回一个非透明的对象引用。返回的对象是通道实现修改阻塞模式时内部使用的。只有拥有此对象的锁的线程才能更改通道的阻塞模式。

下面分别介绍这3个通道。

二、 ServerSocketChannel

让我们从最简单的ServerSocketChannel来开始对socket通道类的讨论。以下是ServerSocketChannel的完整API：

public abstract class ServerSocketChannel extends AbstractSelectableChannel
  {
      public static ServerSocketChannel open() throws IOException;
      public abstract ServerSocket socket();
      public abstract ServerSocket accept()throws IOException;
      public final int validOps();
  }　　

ServerSocketChannel是一个基于通道的socket监听器。它同我们所熟悉的java.net.ServerSocket执行相同的基本任务，不过它增加了通道语义，因此能够在非阻塞模式下运行。

由于ServerSocketChannel没有bind()方法，因此有必要取出对等的socket并使用它来绑定到一个端口以开始监听连接。我们也是使用对等ServerSocket的API来根据需要设置其他的socket选项。

同它的对等体java.net.ServerSocket一样，ServerSocketChannel也有accept( )方法。一旦您创建了一个ServerSocketChannel并用对等socket绑定了它，然后您就可以在其中一个上调用accept()。如果您选择在ServerSocket上调用accept( )方法，那么它会同任何其他的ServerSocket表现一样的行为：总是阻塞并返回一个java.net.Socket对象。如果您选择在ServerSocketChannel上调用accept( )方法则会返回SocketChannel类型的对象，返回的对象能够在非阻塞模式下运行。

换句话说：

• ServerSocketChannel的accept()方法会返回SocketChannel类型对象，SocketChannel可以在非阻塞模式下运行。
• 其它Socket的accept()方法会阻塞返回一个Socket对象。

如果ServerSocketChannel以非阻塞模式被调用，当没有传入连接在等待时，ServerSocketChannel.accept( )会立即返回null。正是这种检查连接而不阻塞的能力实现了可伸缩性并降低了复杂性。可选择性也因此得到实现。我们可以使用一个选择器实例来注册一个ServerSocketChannel对象以实现新连接到达时自动通知的功能。以下代码演示了如何使用一个非阻塞的accept( )方法：

package com.dxz.springsession.nio.demo2;

import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.net.InetSocketAddress;

public class ChannelAccept {
    public static final String GREETING = "Hello I must be going.\r\n";

    public static void main(String[] argv) throws Exception {
        int port = 1234; // default
        if (argv.length > 0) {
            port = Integer.parseInt(argv[0]);
        }
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(GREETING.getBytes());
        ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
        ssc.socket().bind(new InetSocketAddress(port));
        ssc.configureBlocking(false);
        while (true) {
            System.out.println("Waiting for connections");
            SocketChannel sc = ssc.accept();
            if (sc == null) {
                System.out.println("null");
                Thread.sleep(2000);
            } else {
                System.out.println("Incoming connection from: " + sc.socket().getRemoteSocketAddress());
                buffer.rewind();
                sc.write(buffer);
                sc.close();
            }
        }
    }
}

日志：

2.1、打开 ServerSocketChannel

通过调用 ServerSocketChannel.open() 方法来打开ServerSocketChannel.如：

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();

2.2、关闭 ServerSocketChannel

通过调用ServerSocketChannel.close() 方法来关闭ServerSocketChannel. 如：

serverSocketChannel.close();

2.3、监听新进来的连接

通过 ServerSocketChannel.accept() 方法监听新进来的连接。当 accept()方法返回的时候,它返回一个包含新进来的连接的 SocketChannel。因此, accept()方法会一直阻塞到有新连接到达。

通常不会仅仅只监听一个连接,在while循环中调用 accept()方法. 如下面的例子：

        while(true){
            SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept();
            //...
        }

2.4、阻塞模式

会在SocketChannel sc = ssc.accept();这里阻塞住进程。

2.5、非阻塞模式

ServerSocketChannel可以设置成非阻塞模式。在非阻塞模式下，accept() 方法会立刻返回，如果还没有新进来的连接,返回的将是null。 因此，需要检查返回的SocketChannel是否是null.如：

        ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
        ssc.socket().bind(new InetSocketAddress(port));
        ssc.configureBlocking(false);
        while (true) {
            System.out.println("Waiting for connections");
            SocketChannel sc = ssc.accept();
            if(sc != null) {

            }

三、SocketChannel

下面开始学习SocketChannel，它是使用最多的socket通道类：

Java NIO中的SocketChannel是一个连接到TCP网络套接字的通道。可以通过以下2种方式创建SocketChannel：

• 打开一个SocketChannel并连接到互联网上的某台服务器。
• 一个新连接到达ServerSocketChannel时，会创建一个SocketChannel。

3.1、打开 SocketChannel

下面是SocketChannel的打开方式：

SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
socketChannel.connect(new InetSocketAddress("http://jenkov.com", 80));

3.2、关闭 SocketChannel

当用完SocketChannel之后调用SocketChannel.close()关闭SocketChannel：

socketChannel.close();

3.3、从 SocketChannel 读取数据

要从SocketChannel中读取数据，调用一个read()的方法之一。以下是例子：

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
int bytesRead = socketChannel.read(buf);

　　首先，分配一个Buffer。从SocketChannel读取到的数据将会放到这个Buffer中。然后，调用SocketChannel.read()。该方法将数据从SocketChannel 读到Buffer中。read()方法返回的int值表示读了多少字节进Buffer里。如果返回的是-1，表示已经读到了流的末尾（连接关闭了）。

3.4、写入 SocketChannel

写数据到SocketChannel用的是SocketChannel.write()方法，该方法以一个Buffer作为参数。示例如下：

String newData = "New String to write to file..." + System.currentTimeMillis();

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
buf.clear();
buf.put(newData.getBytes());

buf.flip();

while(buf.hasRemaining()) {
    channel.write(buf);
}

　　注意SocketChannel.write()方法的调用是在一个while循环中的。Write()方法无法保证能写多少字节到SocketChannel。所以，我们重复调用write()直到Buffer没有要写的字节为止。

3.5、非阻塞模式

可以设置 SocketChannel 为非阻塞模式（non-blocking mode）.设置之后，就可以在异步模式下调用connect(), read() 和write()了。

3.5.1、connect()

如果SocketChannel在非阻塞模式下，此时调用connect()，该方法可能在连接建立之前就返回了。为了确定连接是否建立，可以调用finishConnect()的方法。像这样：

socketChannel.configureBlocking(false);
socketChannel.connect(new InetSocketAddress("http://jenkov.com", 80));

while(! socketChannel.finishConnect() ){
    //wait, or do something else...
}

3.5.2、write()

非阻塞模式下，write()方法在尚未写出任何内容时可能就返回了。所以需要在循环中调用write()。前面已经有例子了，这里就不赘述了。

3.5.3、read()

非阻塞模式下,read()方法在尚未读取到任何数据时可能就返回了。所以需要关注它的int返回值，它会告诉你读取了多少字节。

3.6、非阻塞模式与选择器

非阻塞模式与选择器搭配会工作的更好，通过将一或多个SocketChannel注册到Selector，可以询问选择器哪个通道已经准备好了读取，写入等。Selector与SocketChannel的搭配使用会在后面详讲。

四、DatagramChannel

最后一个socket通道是DatagramChannel。正如SocketChannel对应Socket，ServerSocketChannel对应ServerSocket，每一个DatagramChannel对象也有一个关联的DatagramSocket对象。不过原命名模式在此并未适用：“DatagramSocketChannel”显得有点笨拙，因此采用了简洁的“DatagramChannel”名称。

正如SocketChannel模拟连接导向的流协议（如TCP/IP），DatagramChannel则模拟包导向的无连接协议（如UDP/IP）。

DatagramChannel是无连接的。每个数据报（datagram）都是一个自包含的实体，拥有它自己的目的地址及不依赖其他数据报的数据负载。与面向流的的socket不同，DatagramChannel可以发送单独的数据报给不同的目的地址。同样，DatagramChannel对象也可以接收来自任意地址的数据包。每个到达的数据报都含有关于它来自何处的信息（源地址）。

4.1、打开 DatagramChannel

下面是 DatagramChannel 的打开方式：

    DatagramChannel channel = DatagramChannel.open();
    channel.socket().bind(new InetSocketAddress(9999));

 

这个例子打开的 DatagramChannel可以在UDP端口9999上接收数据包。

4.2、接收数据

通过receive()方法从DatagramChannel接收数据，如：

    ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
    buf.clear();
    channel.receive(buf);

receive()方法会将接收到的数据包内容复制到指定的Buffer. 如果Buffer容不下收到的数据，多出的数据将被丢弃。

4.3、发送数据

通过send()方法从DatagramChannel发送数据，如:

String newData = "New String to write to file..." + System.currentTimeMillis();

    ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
    buf.clear();
    buf.put(newData.getBytes());
    buf.flip();

    int bytesSent = channel.send(buf, new   InetSocketAddress("jenkov.com", 80));

这个例子发送一串字符到”jenkov.com”服务器的UDP端口80。 因为服务端并没有监控这个端口，所以什么也不会发生。也不会通知你发出的数据包是否已收到，因为UDP在数据传送方面没有任何保证。

4.4、连接到特定的地址

可以将DatagramChannel“连接”到网络中的特定地址的。由于UDP是无连接的，连接到特定地址并不会像TCP通道那样创建一个真正的连接。而是锁住DatagramChannel ，让其只能从特定地址收发数据。

这里有个例子:

channel.connect(new InetSocketAddress("jenkov.com", 80));

当连接后，也可以使用read()和write()方法，就像在用传统的通道一样。只是在数据传送方面没有任何保证。这里有几个例子：

    int bytesRead = channel.read(buf);
    int bytesWritten = channel.write(but);

完整示例：

package com.dxz.springsession.nio.demo3;

import java.nio.channels.*;
import java.nio.charset.*;
import java.net.*;
import java.io.*;
import java.util.*;
import java.nio.*;

public class DatagramChannelServerDemo {
    // UDP协议服务端
    private int port = 9975;
    DatagramChannel channel;
    private Charset charset = Charset.forName("UTF-8");
    private Selector selector = null;

    public DatagramChannelServerDemo() throws IOException {
        try {
            selector = Selector.open();
            channel = DatagramChannel.open();
        } catch (Exception e) {
            selector = null;
            channel = null;
            System.out.println("超时");
        }
        System.out.println("服务器启动");
    }

    /* 编码过程 */
    public ByteBuffer encode(String str) {
        return charset.encode(str);
    }

    /* 解码过程 */
    public String decode(ByteBuffer bb) {
        return charset.decode(bb).toString();
    }

    /* 服务器服务方法 */
    public void service() throws IOException {
        if (channel == null || selector == null)
            return;
        channel.configureBlocking(false);
        channel.socket().bind(new InetSocketAddress(port));
        // channel.write(ByteBuffer.wrap(new String("aaaa").getBytes()));
        channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
        /** 外循环，已经发生了SelectionKey数目 */
        while (selector.select() > 0) {
            System.out.println("有新channel加入");
            /* 得到已经被捕获了的SelectionKey的集合 */
            Iterator iterator = selector.selectedKeys().iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
                SelectionKey key = null;
                try {
                    key = (SelectionKey) iterator.next();
                    iterator.remove();

                    if (key.isReadable()) {
                        reveice(key);
                    }
                    if (key.isWritable()) {
                        // send(key);
                    }
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                    try {
                        if (key != null) {
                            key.cancel();
                            key.channel().close();
                        }
                    } catch (ClosedChannelException cex) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
            /* 内循环完 */
        }
        /* 外循环完 */
    }

    /*
     * 接收 用receive()读IO 作为服务端一般不需要调用connect()，如果未调用<span style=
     * "font-family: Arial, Helvetica, sans-serif;">connect()时调</span><span
     * style="font-family: Arial, Helvetica, sans-serif;"
     * >用read()\write()读写，会报java.nio.channels</span> .NotYetConnectedException
     * 只有调用connect()之后,才能使用read和write.
     */
    synchronized public void reveice(SelectionKey key) throws IOException {
        if (key == null)
            return;
        // ***用channel.receive()获取客户端消息***//
        // ：接收时需要考虑字节长度
        DatagramChannel sc = (DatagramChannel) key.channel();
        String content = "";
        // create buffer with capacity of 48 bytes
        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);// java里一个(utf-8)中文3字节,gbk中文占2个字节
        buf.clear();
        SocketAddress address = sc.receive(buf); // read into buffer. 返回客户端的地址信息
        String clientAddress = address.toString().replace("/", "").split(":")[0];
        String clientPost = address.toString().replace("/", "").split(":")[1];

        buf.flip(); // make buffer ready for read
        while (buf.hasRemaining()) {
            buf.get(new byte[buf.limit()]);// read 1 byte at a time
            content += new String(buf.array());
        }
        buf.clear(); // make buffer ready for writing
        System.out.println("接收：" + content.trim());
        // 第一次发；udp采用数据报模式，发送多少次，接收多少次
        ByteBuffer buf2 = ByteBuffer.allocate(65507);
        buf2.clear();
        buf2.put(
                "消息推送内容 abc..UDP是一个非连接的协议，传输数据之前源端和终端不建立连接，当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据，并尽可能快地把它扔到网络上。在发送端UDP是一个非连接的协议，传输数据之前源端和终端不建立连接，当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据，并尽可能快地把它扔到网络上。在发送端UDP是一个非连接的协议，传输数据之前源端和终端不建立连接，当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据，并尽可能快地把它扔到网络上。在发送端@Q"
                        .getBytes());
        buf2.flip();
        channel.send(buf2, new InetSocketAddress(clientAddress, Integer.parseInt(clientPost))); // 将消息回送给客户端

        // 第二次发
        ByteBuffer buf3 = ByteBuffer.allocate(65507);
        buf3.clear();
        buf3.put("任务完成".getBytes());
        buf3.flip();
        channel.send(buf3, new InetSocketAddress(clientAddress, Integer.parseInt(clientPost))); // 将消息回送给客户端
    }

    int y = 0;

    public void send(SelectionKey key) {
        if (key == null)
            return;
        // ByteBuffer buff = (ByteBuffer) key.attachment();
        DatagramChannel sc = (DatagramChannel) key.channel();
        try {
            sc.write(ByteBuffer.wrap(new String("aaaa").getBytes()));
        } catch (IOException e1) {
            e1.printStackTrace();
        }
        System.out.println("send2() " + (++y));
    }

    /* 发送文件 */
    public void sendFile(SelectionKey key) {
        if (key == null)
            return;
        ByteBuffer buff = (ByteBuffer) key.attachment();
        SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel();
        String data = decode(buff);
        if (data.indexOf("get") == -1)
            return;
        String subStr = data.substring(data.indexOf(" "), data.length());
        System.out.println("截取之后的字符串是 " + subStr);
        FileInputStream fileInput = null;
        try {
            fileInput = new FileInputStream(subStr);
            FileChannel fileChannel = fileInput.getChannel();
            fileChannel.transferTo(0, fileChannel.size(), sc);
            fileChannel.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                fileInput.close();
            } catch (IOException ex) {
                ex.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        new DatagramChannelServerDemo().service();
    }
}

//客户端
package com.dxz.springsession.nio.demo3;

import java.nio.channels.*;
import java.nio.charset.*;
import java.net.*;
import java.io.*;
import java.util.*;
import java.nio.*;

public class DatagramChannelClientDemo {
    // UDP协议客户端
    private String serverIp = "127.0.0.1";
    private int port = 9975;
    // private ServerSocketChannel serverSocketChannel;
    DatagramChannel channel;
    private Charset charset = Charset.forName("UTF-8");
    private Selector selector = null;

    public DatagramChannelClientDemo() throws IOException {
        try {
            selector = Selector.open();
            channel = DatagramChannel.open();
        } catch (Exception e) {
            selector = null;
            channel = null;
            System.out.println("超时");
        }
        System.out.println("客户器启动");
    }

    /* 编码过程 */
    public ByteBuffer encode(String str) {
        return charset.encode(str);
    }

    /* 解码过程 */
    public String decode(ByteBuffer bb) {
        return charset.decode(bb).toString();
    }

    /* 服务器服务方法 */
    public void service() throws IOException {
        if (channel == null || selector == null)
            return;
        channel.configureBlocking(false);
        channel.connect(new InetSocketAddress(serverIp, port));// 连接服务端
        channel.write(ByteBuffer.wrap(new String("客户端请求获取消息").getBytes()));
        channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
        /** 外循环，已经发生了SelectionKey数目 */
        while (selector.select() > 0) {
            /* 得到已经被捕获了的SelectionKey的集合 */
            Iterator iterator = selector.selectedKeys().iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
                SelectionKey key = null;
                try {
                    key = (SelectionKey) iterator.next();
                    iterator.remove();
                    if (key.isReadable()) {
                        reveice(key);
                    }
                    if (key.isWritable()) {
                        // send(key);
                    }
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                    try {
                        if (key != null) {
                            key.cancel();
                            key.channel().close();
                        }
                    } catch (ClosedChannelException cex) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
            /* 内循环完 */
        }
        /* 外循环完 */
    }

    // /*
    // * 接收 用read()读IO
    // * */
    // synchronized public void reveice2(SelectionKey key) throws IOException {
    // if (key == null)
    // return;
    // // ***用channel.read()获取消息***//
    // // ：接收时需要考虑字节长度
    // DatagramChannel sc = (DatagramChannel) key.channel();
    // String content = "";
    // // create buffer with capacity of 48 bytes
    // ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(3);// java里一个(utf-8)中文3字节,gbk中文占2个字节
    // int bytesRead = sc.read(buf); //read into buffer.
    //
    // while (bytesRead >0) {
    // buf.flip(); //make buffer ready for read
    // while(buf.hasRemaining()){
    // buf.get(new byte[buf.limit()]); // read 1 byte at a time
    // content += new String(buf.array());
    // }
    // buf.clear(); //make buffer ready for writing
    // bytesRead = sc.read(buf);
    // }
    // System.out.println("接收：" + content);
    // }

    /* 接收 */
    synchronized public void reveice(SelectionKey key) throws IOException {
        String threadName = Thread.currentThread().getName();
        if (key == null)
            return;
        try {
            // ***用channel.receive()获取消息***//
            // ：接收时需要考虑字节长度
            DatagramChannel sc = (DatagramChannel) key.channel();
            String content = "";
            // 第一次接；udp采用数据报模式，发送多少次，接收多少次
            ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(65507);// java里一个(utf-8)中文3字节,gbk中文占2个字节
            buf.clear();
            SocketAddress address = sc.receive(buf); // read into buffer.
            String clientAddress = address.toString().replace("/", "").split(":")[0];
            String clientPost = address.toString().replace("/", "").split(":")[1];
            System.out.println(threadName + "\t" + address.toString());
            buf.flip(); // make buffer ready for read
            while (buf.hasRemaining()) {
                buf.get(new byte[buf.limit()]);// read 1 byte at a time
                byte[] tmp = buf.array();
                content += new String(tmp);
            }
            buf.clear(); // make buffer ready for writing次
            System.out.println(threadName + "接收：" + content.trim());
            // 第二次接
            content = "";
            ByteBuffer buf2 = ByteBuffer.allocate(65507);// java里一个(utf-8)中文3字节,gbk中文占2个字节
            buf2.clear();
            SocketAddress address2 = sc.receive(buf2); // read into buffer.
            buf2.flip(); // make buffer ready for read
            while (buf2.hasRemaining()) {
                buf2.get(new byte[buf2.limit()]);// read 1 byte at a time
                byte[] tmp = buf2.array();
                content += new String(tmp);
            }
            buf2.clear(); // make buffer ready for writing次
            System.out.println(threadName + "接收2：" + content.trim());

        } catch (PortUnreachableException ex) {
            System.out.println(threadName + "服务端端口未找到!");
        }
        send(2);
    }

    boolean flag = false;

    public void send(int i) {
        if (flag)
            return;
        try {
            // channel.write(ByteBuffer.wrap(new
            // String("客户端请求获取消息(第"+i+"次)").getBytes()));
            // channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ );
            ByteBuffer buf2 = ByteBuffer.allocate(48);
            buf2.clear();
            buf2.put(("客户端请求获取消息(第" + i + "次)").getBytes());
            buf2.flip();
            channel.write(buf2);
            channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
            // int bytesSent = channel.send(buf2, new
            // InetSocketAddress(serverIp,port)); // 将消息回送给服务端
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        flag = true;
    }

    int y = 0;

    public void send(SelectionKey key) {
        if (key == null)
            return;
        // ByteBuffer buff = (ByteBuffer) key.attachment();
        DatagramChannel sc = (DatagramChannel) key.channel();
        try {
            sc.write(ByteBuffer.wrap(new String("aaaa").getBytes()));
        } catch (IOException e1) {
            e1.printStackTrace();
        }
        System.out.println("send2() " + (++y));
    }

    /* 发送文件 */
    public void sendFile(SelectionKey key) {
        if (key == null)
            return;
        ByteBuffer buff = (ByteBuffer) key.attachment();
        SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel();
        String data = decode(buff);
        if (data.indexOf("get") == -1)
            return;
        String subStr = data.substring(data.indexOf(" "), data.length());
        System.out.println("截取之后的字符串是 " + subStr);
        FileInputStream fileInput = null;
        try {
            fileInput = new FileInputStream(subStr);
            FileChannel fileChannel = fileInput.getChannel();
            fileChannel.transferTo(0, fileChannel.size(), sc);
            fileChannel.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                fileInput.close();
            } catch (IOException ex) {
                ex.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                try {
                    new DatagramChannelClientDemo().service();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }).start();

        // new Thread(new Runnable() {
        // public void run() {
        // try {
        // new DatagramChannelClientDemo().service();
        // } catch (IOException e) {
        // e.printStackTrace();
        // }
        // }
        // }).start();

    }
}

 

Java NIO中的Buffer用于和NIO通道进行交互。如你所知，数据是从通道读入缓冲区，从缓冲区写入到通道中的。交互图如下：

缓冲区本质上是一块可以写入数据，然后可以从中读取数据的内存。这块内存被包装成NIO Buffer对象，并提供了一组方法，用来方便的访问该块内存。缓冲区实际上是一个容器对象，更直接的说，其实就是一个数组，在NIO库中，所有数据都是用缓冲区处理的。在读取数据时，它是直接读到缓冲区中的； 在写入数据时，它也是写入到缓冲区中的；任何时候访问 NIO 中的数据，都是将它放到缓冲区中。而在面向流I/O系统中，所有数据都是直接写入或者直接将数据读取到Stream对象中。

在NIO中，所有的缓冲区类型都继承于抽象类Buffer，最常用的就是ByteBuffer，对于Java中的基本类型，基本都有一个具体Buffer类型与之相对应，它们之间的继承关系如下图所示：

下面是NIO Buffer相关的话题列表：

1. Buffer的基本用法
2. Buffer的capacity,position和limit
3. Buffer的类型
4. Buffer的分配
5. 向Buffer中写数据
6. flip()方法
7. 从Buffer中读取数据
8. clear()与compact()方法
9. mark()与reset()方法
10. equals()与compareTo()方法

Buffer的基本用法

使用Buffer读写数据一般遵循以下四个步骤：

1. 写入数据到Buffer
2. 调用flip()方法
3. 从Buffer中读取数据
4. 调用clear()方法或者compact()方法

当向buffer写入数据时，buffer会记录下写了多少数据。一旦要读取数据，需要通过flip()方法将Buffer从写模式切换到读模式。在读模式下，可以读取之前写入到buffer的所有数据。

一旦读完了所有的数据，就需要清空缓冲区，让它可以再次被写入。有两种方式能清空缓冲区：调用clear()或compact()方法。clear()方法会清空整个缓冲区。compact()方法只会清除已经读过的数据。任何未读的数据都被移到缓冲区的起始处，新写入的数据将放到缓冲区未读数据的后面。

下面是一个使用Buffer的例子：

01	RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("data/nio-data.txt", "rw");

02	FileChannel inChannel = aFile.getChannel();

03

04	//create buffer with capacity of 48 bytes

05	ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

06

07	int bytesRead = inChannel.read(buf); //read into buffer.

08	while (bytesRead != -1) {

09

10	buf.flip();  //make buffer ready for read

11

12	while(buf.hasRemaining()){

13	System.out.print((char) buf.get()); // read 1 byte at a time

14

}

15

16	buf.clear(); //make buffer ready for writing

17	bytesRead = inChannel.read(buf);

18

}

19	aFile.close();

示例2：

下面是一个简单的使用IntBuffer的例子：

package com.dxz.nio;

import java.nio.IntBuffer;

public class TestIntBuffer {
    public static void main(String[] args) {
        // 分配新的int缓冲区，参数为缓冲区容量
        // 新缓冲区的当前位置将为零，其界限(限制位置)将为其容量。它将具有一个底层实现数组，其数组偏移量将为零。
        IntBuffer buffer = IntBuffer.allocate(8);  

        for (int i = 0; i < buffer.capacity(); ++i) {
            int j = 2 * (i + 1);
            // 将给定整数写入此缓冲区的当前位置，当前位置递增
            buffer.put(j);
        }  

        // 重设此缓冲区，将限制设置为当前位置，然后将当前位置设置为0
        buffer.flip();  

        // 查看在当前位置和限制位置之间是否有元素
        while (buffer.hasRemaining()) {
            // 读取此缓冲区当前位置的整数，然后当前位置递增
            int j = buffer.get();
            System.out.print(j + "  ");
        }  

    }  

}  

结果：

2  4  6  8  10  12  14  16  

Buffer的capacity,position和limit

缓冲区本质上是一块可以写入数据，然后可以从中读取数据的内存。这块内存被包装成NIO Buffer对象，并提供了一组方法，用来方便的访问该块内存。

为了理解Buffer的工作原理，需要熟悉它的三个属性：

• capacity
• position
• limit

position和limit的含义取决于Buffer处在读模式还是写模式。不管Buffer处在什么模式，capacity的含义总是一样的。

这里有一个关于capacity，position和limit在读写模式中的说明，详细的解释在插图后面。

capacity

作为一个内存块，Buffer有一个固定的大小值，也叫“capacity”.你只能往里写capacity个byte、long，char等类型。一旦Buffer满了，需要将其清空（通过读数据或者清除数据）才能继续写数据往里写数据。

position

当你写数据到Buffer中时，position表示当前的位置。初始的position值为0.当一个byte、long等数据写到Buffer后， position会向前移动到下一个可插入数据的Buffer单元。position最大可为capacity – 1.

当读取数据时，也是从某个特定位置读。当将Buffer从写模式切换到读模式，position会被重置为0. 当从Buffer的position处读取数据时，position向前移动到下一个可读的位置。

limit

在写模式下，Buffer的limit表示你最多能往Buffer里写多少数据。 写模式下，limit等于Buffer的capacity。

当切换Buffer到读模式时， limit表示你最多能读到多少数据。因此，当切换Buffer到读模式时，limit会被设置成写模式下的position值。换句话说，你能读到之前写入的所有数据（limit被设置成已写数据的数量，这个值在写模式下就是position）

Buffer的类型

Java NIO 有以下Buffer类型

• ByteBuffer
• MappedByteBuffer
• CharBuffer
• DoubleBuffer
• FloatBuffer
• IntBuffer
• LongBuffer
• ShortBuffer

p<>
如你所见，这些Buffer类型代表了不同的数据类型。换句话说，就是可以通过char，short，int，long，float 或 double类型来操作缓冲区中的字节。

MappedByteBuffer 有些特别，在涉及它的专门章节中再讲。

Buffer的分配

要想获得一个Buffer对象首先要进行分配。 每一个Buffer类都有一个allocate方法。下面是一个分配48字节capacity的ByteBuffer的例子。

1	ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

这是分配一个可存储1024个字符的CharBuffer：

1	CharBuffer buf = CharBuffer.allocate(1024);

向Buffer中写数据

写数据到Buffer有两种方式：

• 从Channel写到Buffer。
• 通过Buffer的put()方法写到Buffer里。

从Channel写到Buffer的例子

1	int bytesRead = inChannel.read(buf); //read into buffer.

通过put方法写Buffer的例子：

1	buf.put(127);

put方法有很多版本，允许你以不同的方式把数据写入到Buffer中。例如， 写到一个指定的位置，或者把一个字节数组写入到Buffer。 更多Buffer实现的细节参考JavaDoc。

flip()方法

flip英 [flɪp]　美 [flɪp] 及物动词 轻弹，轻击; 按（开关）; 快速翻转; 急挥

flip方法将Buffer从写模式切换到读模式。调用flip()方法会将position设回0，并将limit设置成之前position的值。

换句话说，position现在用于标记读的位置，limit表示之前写进了多少个byte、char等 —— 现在能读取多少个byte、char等。

从Buffer中读取数据

从Buffer中读取数据有两种方式：

1. 从Buffer读取数据到Channel。
2. 使用get()方法从Buffer中读取数据。

从Buffer读取数据到Channel的例子：

//read from buffer into channel.
int bytesWritten = inChannel.write(buf);

 

使用get()方法从Buffer中读取数据的例子

byte aByte = buf.get();

get方法有很多版本，允许你以不同的方式从Buffer中读取数据。例如，从指定position读取，或者从Buffer中读取数据到字节数组。更多Buffer实现的细节参考JavaDoc。

rewind()方法

Buffer.rewind()将position设回0，所以你可以重读Buffer中的所有数据。limit保持不变，仍然表示能从Buffer中读取多少个元素（byte、char等）。

clear()与compact()方法

一旦读完Buffer中的数据，需要让Buffer准备好再次被写入。可以通过clear()或compact()方法来完成。

如果调用的是clear()方法，position将被设回0，limit被设置成 capacity的值。换句话说，Buffer 被清空了。Buffer中的数据并未清除，只是这些标记告诉我们可以从哪里开始往Buffer里写数据。

如果Buffer中有一些未读的数据，调用clear()方法，数据将“被遗忘”，意味着不再有任何标记会告诉你哪些数据被读过，哪些还没有。

如果Buffer中仍有未读的数据，且后续还需要这些数据，但是此时想要先先写些数据，那么使用compact()方法。

compact()方法将所有未读的数据拷贝到Buffer起始处。然后将position设到最后一个未读元素正后面。limit属性依然像clear()方法一样，设置成capacity。现在Buffer准备好写数据了，但是不会覆盖未读的数据。

mark()与reset()方法

通过调用Buffer.mark()方法，可以标记Buffer中的一个特定position。之后可以通过调用Buffer.reset()方法恢复到这个position。例如：

1	buffer.mark();

2

3	//call buffer.get() a couple of times, e.g. during parsing.

4

5	buffer.reset();  //set position back to mark.

equals()与compareTo()方法

可以使用equals()和compareTo()方法两个Buffer。

equals()

当满足下列条件时，表示两个Buffer相等：

1. 有相同的类型（byte、char、int等）。
2. Buffer中剩余的byte、char等的个数相等。
3. Buffer中所有剩余的byte、char等都相同。

如你所见，equals只是比较Buffer的一部分，不是每一个在它里面的元素都比较。实际上，它只比较Buffer中的剩余元素。

compareTo()方法

compareTo()方法比较两个Buffer的剩余元素(byte、char等)， 如果满足下列条件，则认为一个Buffer“小于”另一个Buffer：

1. 第一个不相等的元素小于另一个Buffer中对应的元素 。
2. 所有元素都相等，但第一个Buffer比另一个先耗尽(第一个Buffer的元素个数比另一个少)。

缓冲区分片

　　在NIO中，除了可以分配或者包装一个缓冲区对象外，还可以根据现有的缓冲区对象来创建一个子缓冲区，即在现有缓冲区上切出一片来作为一个新的缓冲区，但现有的缓冲区与创建的子缓冲区在底层数组层面上是数据共享的，也就是说，子缓冲区相当于是现有缓冲区的一个视图窗口。调用slice()方法可以创建一个子缓冲区，让我们通过例子来看一下：

package com.dxz.nio;

import java.nio.ByteBuffer;

public class BufferDemo1 {
    static public void main(String args[]) throws Exception {
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);

        // 缓冲区中的数据0-9
        for (int i = 0; i < buffer.capacity(); ++i) {
            buffer.put((byte) i);
        }

        // 创建子缓冲区
        buffer.position(3);
        buffer.limit(7);
        ByteBuffer slice = buffer.slice();

        // 改变子缓冲区的内容
        for (int i = 0; i < slice.capacity(); ++i) {
            byte b = slice.get(i);
            b *= 10;
            slice.put(i, b);
        }

        buffer.position(0);
        buffer.limit(buffer.capacity());

        while (buffer.remaining() > 0) {
            System.out.println(buffer.get());
        }
    }
}

结果：

0
1
2
30
40
50
60
7
8
9

只读缓冲区

只读缓冲区非常简单，可以读取它们，但是不能向它们写入数据。可以通过调用缓冲区的asReadOnlyBuffer()方法，将任何常规缓冲区转 换为只读缓冲区，这个方法返回一个与原缓冲区完全相同的缓冲区，并与原缓冲区共享数据，只不过它是只读的。如果原缓冲区的内容发生了变化，只读缓冲区的内容也随之发生变化：

package com.dxz.nio;

import java.nio.ByteBuffer;

public class BufferDemo2 {
    static public void main(String args[]) throws Exception {
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);

        // 缓冲区中的数据0-9
        for (int i = 0; i < buffer.capacity(); ++i) {
            buffer.put((byte) i);
        }

        // 创建只读缓冲区
        ByteBuffer readonly = buffer.asReadOnlyBuffer();

        // 改变原缓冲区的内容
        for (int i = 0; i < buffer.capacity(); ++i) {
            byte b = buffer.get(i);
            b *= 10;
            buffer.put(i, b);
        }

        readonly.position(0);
        readonly.limit(buffer.capacity());

        // 只读缓冲区的内容也随之改变
        while (readonly.remaining() > 0) {
            System.out.println(readonly.get());
        }
    }
}

结果：

0
10
20
30
40
50
60
70
80
90

　　如果尝试修改只读缓冲区的内容，则会报ReadOnlyBufferException异常。只读缓冲区对于保护数据很有用。在将缓冲区传递给某个 对象的方法时，无法知道这个方法是否会修改缓冲区中的数据。创建一个只读的缓冲区可以保证该缓冲区不会被修改。只可以把常规缓冲区转换为只读缓冲区，而不能将只读的缓冲区转换为可写的缓冲区。

直接缓冲区

　　直接缓冲区是为加快I/O速度，使用一种特殊方式为其分配内存的缓冲区，JDK文档中的描述为：给定一个直接字节缓冲区，Java虚拟机将尽最大努 力直接对它执行本机I/O操作。也就是说，它会在每一次调用底层操作系统的本机I/O操作之前(或之后)，尝试避免将缓冲区的内容拷贝到一个中间缓冲区中 或者从一个中间缓冲区中拷贝数据。要分配直接缓冲区，需要调用allocateDirect()方法，而不是allocate()方法，使用方式与普通缓冲区并无区别，如下面的拷贝文件示例：

package com.dxz.nio;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.*;

public class BufferDemo3 {
    static public void main(String args[]) throws Exception {
        String infile = "e:\\logs\\test.txt";
        FileInputStream fin = new FileInputStream(infile);
        FileChannel fcin = fin.getChannel();

        String outfile = String.format("e:\\logs\\testcopy.txt");
        FileOutputStream fout = new FileOutputStream(outfile);
        FileChannel fcout = fout.getChannel();

        // 使用allocateDirect，而不是allocate
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024);

        while (true) {
            buffer.clear();
            int r = fcin.read(buffer);
            if (r == -1) {
                break;
            }
            buffer.flip();
            fcout.write(buffer);
        }
    }
}

内存映射文件I/O

　　内存映射文件I/O是一种读和写文件数据的方法，它可以比常规的基于流或者基于通道的I/O快的多。内存映射文件I/O是通过使文件中的数据出现为 内存数组的内容来完成的，这其初听起来似乎不过就是将整个文件读到内存中，但是事实上并不是这样。一般来说，只有文件中实际读取或者写入的部分才会映射到内存中。如下面的示例代码：

package com.dxz.nio;

import java.io.RandomAccessFile;
import java.nio.MappedByteBuffer;
import java.nio.channels.*;

public class BufferDemo4 {
    static private final int start = 0;
    static private final int size = 1024;

    static public void main(String args[]) throws Exception {
        RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile("e:\\logs\\test.txt", "rw");
        FileChannel fc = raf.getChannel();

        MappedByteBuffer mbb = fc.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, start, size);

        mbb.put(0, (byte) 97);
        mbb.put(1023, (byte) 122);

        raf.close();
    }
}

参考：http://blog.csdn.net/wuxianglong/article/details/6612263