Пакет java.nio.channels

Канал представляет собой открытое соединение с сущностью, такой как устройство, файл, сетевой сокет или компонент программы, способный выполнять одну или несколько различных операций ввода-вывода, например, чтение или запись. Как указано в интерфейсе Channel, каналы либо открыты, либо закрыты, и они являются как асинхронно закрываемыми, так и прерывимыми.

Интерфейс Channel расширяется несколькими другими интерфейсами.

Интерфейс ReadableByteChannel определяет метод read, который считывает байты из канала в буфер; аналогично, интерфейс WritableByteChannel определяет метод write, который записывает байты из буфера в канал. Интерфейс ByteChannel объединяет эти два интерфейса для общего случая каналов, которые могут как читать, так и записывать байты. Интерфейс SeekableByteChannel расширяет интерфейс ByteChannel методами для перемещения текущей позиции канала с помощью query и modify, а также для получения его размера с помощью size.

Интерфейсы ScatteringByteChannel и GatheringByteChannel расширяют интерфейсы ReadableByteChannel и WritableByteChannel соответственно, добавляя методы read и write, которые принимают последовательность буферов вместо одного буфера.

Интерфейс NetworkChannel определяет методы для привязки сокета канала с помощью bind, получения адреса, к которому привязан сокет, и методы для получения get и настройки set параметров сокета. Интерфейс MulticastChannel определяет методы для присоединения к группам интернет-мультикаста (IP).

Утилитарный класс Channels определяет статические методы, которые поддерживают взаимодействие классов потоков пакета java.io с классами каналов данного пакета. Соответствующий канал может быть создан из InputStream или OutputStream, и наоборот, InputStream или OutputStream могут быть созданы из канала. Можно создать Reader, который использует заданную кодировку для декодирования байтов из заданного канала чтения байтов, и, наоборот, можно создать Writer, который использует заданную кодировку для кодирования символов в байты и записи их в заданный канал записи байтов.

Класс FileChannel поддерживает обычные операции чтения и записи байтов в канал, подключенный к файлу, а также операции запроса и изменения текущей позиции файла и усечения файла до определенного размера. Он определяет методы для получения блокировок всего файла или определенной области файла; эти методы возвращают экземпляры класса FileLock. Наконец, он определяет методы для принудительной записи обновлений файла на устройство хранения, содержащее его, для эффективной передачи байтов между файлом и другими каналами, и для отображения области файла непосредственно в памяти.

FileChannel создается путем вызова одного из его статических методов open или путем вызова метода getChannel класса FileInputStream, FileOutputStream или RandomAccessFile для возвращения канала файла, подключенного к тому же файлу, что и класс java.io.

Мультиплексированное, неблокирующее ввод-вывод, которое гораздо более масштабируемо, чем ориентированное на потоки блокирующее ввод-вывод, предоставляется селекторами, выбираемыми каналами и ключами выбора.

Селектор — это мультиплексор выбираемых каналов, которые, в свою очередь, являются специальным типом канала, который можно перевести в неблокирующий режим. Для выполнения операций мультиплексированного ввода-вывода сначала создаётся один или несколько выбираемых каналов, они переводятся в неблокирующий режим и registered с селектором. Регистрация канала задаёт набор операций ввода-вывода, которые будут проверяться селектором на готовность, и возвращает ключ выбора, представляющий регистрация.

После регистрации некоторых каналов с селектором можно выполнить операцию выбора, чтобы определить, какие каналы, если таковые имеются, стали готовы выполнить одну или несколько из операций, для которых ранее была объявлена заинтересованность. Если канал готов, то ключ, возвращённый при его регистрации, будет добавлен в множество выбранных ключей селектора. Множество ключей и ключи в нём могут быть просмотрены, чтобы определить операции, для которых каждый канал готов. Из каждого ключа можно извлечь соответствующий канал для выполнения необходимых операций ввода-вывода.

Тот факт, что ключ выбора указывает на готовность канала к некоторой операции, является подсказкой, но не гарантией того, что такую операцию можно выполнить потоку без блокирования потока. Крайне важно, чтобы код, выполняющий мультиплексированный ввод-вывод, был написан так, чтобы игнорировать эти подсказки, когда они окажутся неверными.

Этот пакет определяет классы выбираемых каналов, соответствующие классам DatagramSocket, ServerSocket и Socket, определённым в пакете java.net. Были внесены незначительные изменения в эти классы, чтобы поддерживать сокеты, связанные с каналами. Этот пакет также определяет простой класс, реализующий однонаправленные каналы.

Во всех случаях новый выбираемый канал создаётся путём вызова статического метода open соответствующего класса. Если каналу нужен связанный сокет, то сокет будет создан как побочный эффект этой операции.

DatagramChannel, SocketChannel и ServerSocketChannel могут быть созданы с различными protocol families. Стандартные типы семейств указаны в StandardProtocolFamily.

Каналы для сокетов протокола Интернета создаются с использованием семейств протоколов INET или INET6. Сокеты протокола Интернета поддерживают сетевое взаимодействие с использованием TCP и UDP и адресовываются с помощью InetSocketAddress, которые инкапсулируют IP-адрес и номер порта. Сокеты протокола Интернета также являются типом по умолчанию, создаваемым, если семейство протоколов не указано в методе создания фабрики каналов.

Каналы для сокетов доменной области Unix создаются с использованием семейства протоколов UNIX. Сокеты доменной области Unix поддерживают локальное межпроцессорное взаимодействие в пределах одного хоста и адресовываются с помощью UnixDomainSocketAddress, которые инкапсулируют путь к файловой системе на локальной системе.

Реализацию селекторов, выбираемых каналов и ключей выбора можно заменить, "подключив" альтернативное определение или экземпляр класса SelectorProvider, определённого в пакете java.nio.channels.spi. Не ожидается, что многие разработчики будут использовать эту возможность; она предоставляется в основном для того, чтобы продвинутые пользователи могли воспользоваться специфичными для операционной системы механизмами мультиплексирования ввода-вывода, когда требуется очень высокая производительность.

Большая часть учёта и синхронизации, необходимых для реализации абстракций мультиплексированного ввода-вывода, выполняется классами AbstractInterruptibleChannel, AbstractSelectableChannel, AbstractSelectionKey и AbstractSelector в пакете java.nio.channels.spi. При определении пользовательского поставщика селекторов следует непосредственно наследовать только классы AbstractSelector и AbstractSelectionKey; пользовательские классы каналов должны расширять соответствующие подклассы SelectableChannel, определённые в этом пакете.

Asynchronous channels — это специальный тип канала, способный к асинхронным операциям ввода-вывода. Асинхронные каналы неблокирующие и определяют методы для инициирования асинхронных операций, возвращая Future, представляющий ожидаемый результат каждой операции. Future может использоваться для опроса или ожидания результата операции. Асинхронные операции ввода-вывода также могут указывать CompletionHandler для вызова при завершении операции. Обработчик завершения — это предоставляемый пользователем код, который выполняется для потребления результата операции ввода-вывода.

Этот пакет определяет классы асинхронных каналов, которые подключены к ориентированному на потоки сокету для соединения или прослушивания, или к сокету для передачи датаграмм. Он также определяет класс AsynchronousFileChannel для асинхронного чтения, записи и манипулирования файлом. Как и FileChannel, он поддерживает операции усечения файла до определённого размера, принудительной записи обновлений файла на устройство хранения или получения блокировок всего файла или определённого региона файла. В отличие от FileChannel он не определяет методы для прямого отображения области файла в память. Если требуется отображение в память, можно использовать FileChannel.

Асинхронные каналы привязаны к группе асинхронных каналов для совместного использования ресурсов. Группа имеет связанную ExecutorService, в которую отправляются задачи для обработки событий ввода-вывода и передачи в обработчики завершения, которые потребляют результаты асинхронных операций, выполняемых над каналами в группе. Группа может быть необязательно указана при создании канала, или канал может быть привязан к группе по умолчанию. Продвинутые пользователи могут захотеть создать свои собственные группы асинхронных каналов или настроить ExecutorService для использования в группе по умолчанию.

Как и селекторы, реализацию асинхронных каналов можно заменить, "подключив" альтернативное определение или экземпляр класса AsynchronousChannelProvider, определённого в пакете java.nio.channels.spi. Не ожидается, что многие разработчики будут использовать эту возможность; она предоставляется в основном для того, чтобы продвинутые пользователи могли воспользоваться специфичными для операционной системы механизмами асинхронного ввода-вывода, когда требуется очень высокая производительность.

Если не указано иное, передача null аргумента в конструктор или метод любого класса или интерфейса в этом пакете приведёт к выбрасыванию NullPointerException.