Пакет java.nio.channels

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

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 случая каналов, которые могут как читать, так и записывать байты. Интерфейс SeekableByteChannel расширяет интерфейс ByteChannel методами для query и modify текущей позиции канала, а также size.

Интерфейсы ScatteringByteChannel и GatheringByteChannel расширяют соответственно интерфейсы ReadableByteChannel и WritableByteChannel, добавляя методы read и write, которые принимают последовательность буферов, а не один буфер.

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

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

Класс FileChannel поддерживает обычные операции чтения байтов из и записи байтов в канал, подключенный к файлу, а также запросы и изменения текущей позиции файла и обрезку 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 в устройство хранения, которое его содержит, 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 возврата канала файла, подключенного к тому же базовому файлу, что и класс java.io.

Мультиплексированный, неблокирующий ввод/вывод, который гораздо более масштабируем, чем потоковый, блокирующий ввод/вывод, обеспечивается 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, переводимых в неблокирующий режим, и registered с селектором. Регистрация канала определяет набор операций ввода/вывода, которые будут проверяться селектором на готовность, и возвращает ключ выбора, представляющий регистрацию.

После регистрации некоторых каналов с селектором можно выполнить операцию выбора, чтобы определить, какие каналы, если таковые имеются, стали готовы выполнить одну или несколько операций, для которых ранее было объявлено интерес. Если канал готов, то ключ, возвращённый при его регистрации, будет добавлен к набору выбранных ключей селектора. Набор ключей и ключи внутри него могут быть проверены, чтобы определить операции, для которых каждый канал готов. Из каждого ключа можно извлечь соответствующий канал, чтобы выполнить необходимые операции ввода/вывода.

То, что ключ выбора указывает на то, что его канал готов к какой-либо операции, является подсказкой, но не гарантией того, что такую операцию можно выполнить потоку без блокировки потока. Крайне важно, чтобы код, выполняющий мультиплексированный ввод/вывод, был написан таким образом, 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 для поддержки сокетов, связанных с каналами. Этот пакет также определяет простой класс, реализующий однонаправленные трубы. Во всех случаях новый выбираемый канал создаётся путём вызова статического метода open соответствующего класса. Если каналу требуется 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 общение с использованием TCP и UDP и адресуются с помощью InetSocketAddress, которые инкапсулируют IP-адрес и номер порта. Сокеты Протокола Интернета также являются типом по умолчанию, создаваемым, когда 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 межпроцессное взаимодействие на одном и том же узле и адресуются с помощью UnixDomainSocketAddress, которые инкапсулируют путь к файлу в локальной системе.

Реализация селекторов, выбираемых каналов и ключей выбора может быть заменена путём подстановки альтернативного определения или экземпляра класса SelectorProvider, определённого в пакете java.nio.channels.spi. Не ожидается, что многие разработчики фактически будут использовать эту возможность; она предоставляется в основном для того, чтобы продвинутые пользователи могли воспользоваться механизмами мультиплексирования ввода/вывода, специфичными для операционной системы, когда требуется очень высокая производительность.

Большая часть учёта и синхронизации, необходимой 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 подклассифицировать только классы AbstractSelector и AbstractSelectionKey; пользовательские классы каналов должны расширять соответствующие подклассы SelectableChannel, определённые в этом пакете.

Asynchronous channels — это специальный тип канала, способный выполнять асинхронные операции ввода/вывода. Асинхронные каналы не блокируются и определяют методы для инициирования асинхронных операций, возвращая Future, представляющий ожидаемый результат каждой операции. Future можно использовать для опроса или ожидания результата операции. Асинхронные операции ввода/вывода также могут указывать CompletionHandler для вызова при завершении операции. Обработчик завершения — это код, предоставляемый пользователем, который выполняется для потребления результата операции ввода/вывода.

Этот пакет определяет классы асинхронных каналов, которые подключены к сокету соединяющего или прослушивания потока или сокету ориентированному на датаграммы. Он также определяет класс AsynchronousFileChannel для асинхронного чтения, записи и обработки файла. Как и FileChannel, он поддерживает операции усечения файла до определённого размера, принудительного записи изменений в файл на устройство хранения или приобретения блокировок всего файла или определённого региона файла. В отличие от FileChannel, он не определяет методы для прямого отображения региона файла в память. Если требуется отображение в память, можно использовать FileChannel.

Асинхронные каналы привязаны к группе асинхронных каналов для совместного использования ресурсов. У группы есть связанный ExecutorService, в который отправляются задачи для обработки событий ввода/вывода и распределения обработчиков завершения, которые потребляют результат 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, который будет использоваться для группы по умолчанию.

Как и в случае с селекторами, реализация асинхронных каналов может быть заменена путём подстановки альтернативного определения или экземпляра класса AsynchronousChannelProvider, определённого в пакете java.nio.channels.spi. Не ожидается, что многие разработчики фактически будут использовать эту возможность; она предоставляется в основном для того, чтобы продвинутые пользователи могли воспользоваться механизмами асинхронного ввода/вывода, специфичными для операционной системы, 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.