SocketChannel

（1）新的Socket通道类可以运行非阻塞模式并且是可选择的，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。再也没有必要为每个socket连接使用一个线程，也避免了管理大量线程所需的上下文切换的开销。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。

（2）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。

（3）socket和socket通道之间的关系。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。

（4）要把一个socket通道置于非阻塞模式，我们要依赖所有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。可以通过调用isBlocking()方法来判断某个socket通道当前处于那种模式。

非阻塞模式socket通常被认为是服务端模式使用的，因为它们使同时管理很多socket通道变得非常容易。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。

ServerSocketChannel

ServerSocketChannel是一个基于通道的socket监听器。它同我们熟悉的java.net.ServerSocket执行相同的任务，不过它增加了通道的语义，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java.net.ServerSocket一样，ServerSocketChannel也有accept()方法。一旦创建了一个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。

其他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：

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.ServerSocket;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;

public class FileChannelAccept {

    public static void main(String[] argv) throws IOException, InterruptedException {
        int port = 8888;
        ByteBuffer buf = ByteBuffer.wrap("Hello java nio.".getBytes());

        ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
        ServerSocket socket = ssc.socket();
        socket.bind(new InetSocketAddress(port));

        //设置非阻塞模式
        ssc.configureBlocking(false);

        while (true) {
            System.out.println("waiting for connections");
            SocketChannel sc = ssc.accept();
            if (sc == null) { //没有连接传入
                System.out.println("null");
                Thread.sleep(2000);
            } else {
                System.out.println("Incoming connection from: "+sc.socket().getRemoteSocketAddress());
                buf.rewind(); //指针0
                sc.write(buf);
                sc.close();
            }
        }

    }

}

SocketChannel

SocketChannel介绍

Java NIO中的SocketChannel是一个连接到TCP网络套接字的通道。

SocketChannel是一种面向流连接sockets套接字的可选择通道。从这里可以看出：

SocketChannel是用来连接Socket套接字。
SocketChannel主要用途用来处理网络I/O的通道。
SocketChannel是基于TCP连接传输。
SocketChannel实现了可选择通道，可以被多路复用的。

SocketChannel特征：

（1）对于已经存在的socket不能创建SocketChannel。

（2）SocketChannel中提供的open接口创建的Channel并没有网络连接，需要使用connect接口连接到指定地址。

（3）未进行连接的SocketChannel执行I/O操作时，会抛出NotYetConnectedException。

（4）SocketChannel支持两种I/O模式：阻塞式和非阻塞式。

（5）SocketChannel支持异步关闭。如果SocketChannel在一个线程上read阻塞，另一个线程对该SocketChannel调用shutdownInput，则读阻塞的线程将返回-1表示没有读取任何数据；如果SocketChannel在一个线程上write阻塞，另一个线程对该SocketChannel调用shutdownWrite，则写阻塞的线程将抛出AsynchronousCloseException。

（6）SocketChannel支持设定参数：

SO_SNDBUF 套接字发送缓冲区大小
SO_RCVBUF 套接字接收缓冲区大小
SO_KEEPALIVE 保活链接
SO_REUSEADDR　复用地址
SO_LINGER 有数据传输时延缓关闭Channel（只有在非阻塞模式下有用）
TCP_NODELAY　禁用Nagle算法

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.StandardSocketOptions;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SocketChannel;

public class SocketChannelDemo {

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

        //创建SocketChannel
        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(new InetSocketAddress("www.baidu.com",80));

//        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
//        socketChannel.connect(new InetSocketAddress("www.baidu.com",80));

        //连接校验
        socketChannel.isOpen(); //  测试SocketChannel是否为open状态
        socketChannel.isConnected(); //测试SocketChannel是否已经被连接
        socketChannel.isConnectionPending(); //测试SocketChannel是否正在进行连接
        socketChannel.finishConnect(); //校验正在进行套接字连接的SocketChannel是否已经完成连接

        //读写模式
        socketChannel.configureBlocking(false);

        //设置和获取参数
        socketChannel.setOption(StandardSocketOptions.SO_KEEPALIVE,Boolean.TRUE);
        

        //读写
        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
        socketChannel.read(buf);
        socketChannel.close();
        System.out.println("read over!");
    }

}

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。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，拥有它自己的地址及不依赖其他数据报的数据负载。与面向流的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包含有关于它来自何处的信息（源地址）。

基本使用：

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.SocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.DatagramChannel;

public class DatagramChannelDemo {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //打开DatagramChannel
        DatagramChannel datagramChannel = DatagramChannel.open();
        datagramChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8888));
        //接收数据
        ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(64);
        buf.clear();
        SocketAddress socketAddress = datagramChannel.receive(buf);

        //发送数据
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap("data...".getBytes());
        datagramChannel.send(buffer,new InetSocketAddress("127.0.0.1",8888));

        //连接
        datagramChannel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1",8888));
        int readSize = datagramChannel.read(buffer);
        datagramChannel.write(buffer);
    }

}

示例：

发送端：

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.DatagramChannel;
import java.nio.charset.StandardCharsets;

public class DatagramChannelDemo1 {

    //发送
    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
        //打开DatagramChannel
        DatagramChannel datagramChannel = DatagramChannel.open();
        InetSocketAddress address = new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8888);
        //发送
        while (true) {
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap("send data".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
            datagramChannel.send(buffer,address);
            System.out.println("finished!");
            Thread.sleep(1000);
        }
    }

}

接收端：

import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.SocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.DatagramChannel;
import java.nio.charset.Charset;

public class DatagramChannelDemo2 {

    //接收
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //打开
        DatagramChannel datagramChannel = DatagramChannel.open();
        datagramChannel.bind(new InetSocketAddress("127.0.0.1",8888));
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        while (true) {
            buffer.clear();
            SocketAddress receive = datagramChannel.receive(buffer);
            buffer.flip();
            System.out.println(receive.toString());
            System.out.println(Charset.forName("UTF-8").decode(buffer));
        }
    }

}

Scatter/Gather

Java NIO开始支持scatter/gather，scatter/gather用于描述从Channel中读取或者写入到Channel的操作。

分散（scatter）：从Channel中读取是指读操作时将读取的数据写入多个buffer中。因此，Channel将从Channel中读取的数据“分散scatter”到多个buffer中。

聚集（gather）：写入Channel是指在写操作时将多个buffer的数据写入同一个Channel，因此，Channel将多个Buffer中的数据“聚集（gather）”后发送到Channel。

scatter/gather经常用于需要将传输的数据分开处理的场合，例如传输一个由消息头和消息体组成的消息，你可能会将消息体和消息头分散到不同的buffer中，这样你可以方便的处理消息头和消息体。

Scattering Reads

Scattering Reads是指数据从一个channel读取到多个buffer中。如图：

SocketChannelSocketChannel

ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(128);
ByteBuffer body = ByteBuffer.allocate(1024);
ByteBuffer[] bufferArray = {header,body};
channel.read(bufferArray);

注意buffer首先被插入到数组，然后再将数组作为channel.read()的输入参数。read()方法按照buffer在数组中的顺序将从channel中读取的数据写入到buffer，当一个buffer被写满后，channel紧跟着向另一个buffer中写。

Scattering Reads在移动下一个buffer前，必须填满当前的buffer，这也意味着它不适用于动态消息（消息大小不固定）。换句话说，如果存在消息头和消息体，消息头必须完成填充。Scattering Reads才能正常工作。

Gathering Writes

Gathering Writes是指数据从多个buffer写入到同一个channel。如图：

SocketChannelSocketChannel

ByteBuffer header = ByteBuffer.allocate(128);
ByteBuffer body = ByteBuffer.allocate(1024);
ByteBuffer[] bufferArray = {header,body};
channel.write(bufferArray);

buffers数组是write()方法的入参，write()方法会按照buffer在数组中的顺序，将数据写入到channel，注意只有position和limit之间的数据才会被写入。因此，如果一个buffer的容量为128byte，但是仅仅包含58byte的数据，那么这58byte的数据将被写入到channel中。因此与scattering reads相反，gathering writes能较好的处理动态消息。

SocketChannelSocketChannel

SocketChannel

ServerSocketChannel

SocketChannel

SocketChannel介绍

SocketChannel特征：

DatagramChannel

Scatter/Gather

Scattering Reads

Gathering Writes

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