Пакет java.nio.channels

Канал представляет собой открытое соединение с таким объектом, как аппаратное устройство, файл, сетевой сокет или программный компонент, способный выполнять одну или несколько различных операций ввода-вывода, например чтение или запись. Как указано в интерфейсе Channel, каналы могут быть открытыми или закрытыми; кроме того, они являются асинхронно закрываемыми и прерываемыми.

Интерфейс Channel расширяется несколькими другими интерфейсами.

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

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

Интерфейс NetworkChannel определяет методы для привязки сокета канала (bind), получения адреса, к которому привязан сокет, а также методы для получения (get) и установки (set) параметров сокета. Интерфейс MulticastChannel определяет методы для присоединения к группам многоадресной рассылки по протоколу Интернета (IP).

Вспомогательный класс Channels определяет статические методы, обеспечивающие взаимодействие классов потоков из пакета java.io с классами каналов этого пакета. Подходящий канал можно создать на основе InputStream или OutputStream; и наоборот, на основе канала можно создать InputStream или OutputStream. Можно создать Reader, который использует заданную кодировку для декодирования байтов из заданного читаемого байтового канала; и наоборот, можно создать Writer, который использует заданную кодировку для преобразования символов в байты и их записи в заданный записываемый байтовый канал.

Класс FileChannel поддерживает стандартные операции чтения байтов из канала, связанного с файлом, и записи байтов в него, а также запрос и изменение текущей позиции в файле и усечение файла до заданного размера. Он определяет методы для получения блокировок всего файла или его определенной области; эти методы возвращают экземпляры класса FileLock. Кроме того, он определяет методы для принудительной записи обновлений файла на устройство хранения, для эффективной передачи байтов между файлом и другими каналами, а также для прямого отображения области файла в память.

Объект FileChannel создается вызовом одного из его статических методов open или метода getChannel класса FileInputStream, FileOutputStream или RandomAccessFile, чтобы получить файловый канал, связанный с тем же базовым файлом, что и класс java.io.

Мультиплексированный неблокирующий ввод-вывод, обладающий значительно лучшей масштабируемостью, чем поточный блокирующий ввод-вывод, обеспечивается селекторами, выбираемыми каналами и ключами выбора.

Селектор представляет собой мультиплексор выбираемых каналов, которые, в свою очередь, являются особым типом каналов, допускающим переход в неблокирующий режим. Для выполнения операций мультиплексированного ввода-вывода сначала создается один или несколько выбираемых каналов, которые переводятся в неблокирующий режим, а затем registered в селекторе. При регистрации канала указывается набор операций ввода-вывода, готовность к выполнению которых будет проверяться селектором; возвращается ключ выбора, представляющий эту регистрацию.

После регистрации каналов в селекторе можно выполнить операцию выбора, чтобы определить, какие каналы, если таковые есть, готовы выполнить одну или несколько операций, ранее указанных в качестве интересующих. Если канал готов, ключ, возвращенный при его регистрации, добавляется в набор выбранных ключей селектора. Набор ключей и содержащиеся в нем ключи можно проверить, чтобы определить, к каким операциям готов каждый канал. По каждому ключу можно получить соответствующий канал и выполнить необходимые операции ввода-вывода.

Указание ключом выбора на готовность канала к некоторой операции является подсказкой, но не гарантией того, что поток сможет выполнить такую операцию без блокировки. Код, выполняющий мультиплексированный ввод-вывод, необходимо писать так, чтобы он игнорировал эти подсказки, если они оказываются неверными.

В этом пакете определены классы выбираемых каналов, соответствующие классам DatagramSocket, ServerSocket и Socket, определенным в пакете java.net. В эти классы внесены небольшие изменения для поддержки сокетов, связанных с каналами. В этом пакете также определен простой класс, реализующий однонаправленные каналы. Во всех случаях новый выбираемый канал создается вызовом статического метода open соответствующего класса. Если каналу требуется связанный сокет, он будет создан в качестве побочного эффекта этой операции.

DatagramChannel, SocketChannel и ServerSocketChannel можно создавать с различными protocol families. Стандартные типы семейств определены в StandardProtocolFamily.

Каналы для сокетов Интернет-протокола создаются с использованием семейств протоколов INET или INET6. Сокеты Интернет-протокола поддерживают сетевой обмен данными с использованием TCP и UDP и адресуются с помощью объектов InetSocketAddress, инкапсулирующих IP-адрес и номер порта. Сокеты Интернет-протокола также создаются по умолчанию, если семейство протоколов не указано в методе создания канала.

Каналы для сокетов домена Unix создаются с использованием семейства протоколов UNIX. Сокеты домена Unix поддерживают локальный межпроцессный обмен данными на одном и том же узле и адресуются с помощью объектов UnixDomainSocketAddress, инкапсулирующих путь в файловой системе локальной системы.

Реализацию селекторов, выбираемых каналов и ключей выбора можно заменить, «подключив» альтернативное определение класса SelectorProvider или его экземпляр, определенный в пакете java.nio.channels.spi. Предполагается, что этой возможностью воспользуется немного разработчиков; она предназначена главным образом для опытных пользователей, которым необходимо задействовать специфичные для операционной системы механизмы мультиплексирования ввода-вывода для достижения очень высокой производительности.

Значительная часть учета состояния и синхронизации, необходимых для реализации абстракций мультиплексированного ввода-вывода, выполняется классами AbstractInterruptibleChannel, AbstractSelectableChannel, AbstractSelectionKey и AbstractSelector из пакета java.nio.channels.spi. При создании пользовательского поставщика селекторов напрямую следует наследовать только классы AbstractSelector и AbstractSelectionKey; пользовательские классы каналов должны расширять соответствующие подклассы SelectableChannel, определенные в этом пакете.

Asynchronous channels — это особый тип каналов, способных выполнять асинхронные операции ввода-вывода. Асинхронные каналы являются неблокирующими и определяют методы для запуска асинхронных операций, возвращающие Future, представляющий ожидающий результат каждой операции. Объект Future можно использовать для опроса или ожидания результата операции. Для асинхронных операций ввода-вывода также можно указать CompletionHandler, который будет вызван по завершении операции. Обработчик завершения — это предоставленный пользователем код, выполняемый для получения результата операции ввода-вывода.

В этом пакете определены классы асинхронных каналов, связанных с подключающимся или прослушивающим сокетом, ориентированным на потоки, либо с сокетом, ориентированным на дейтаграммы. Здесь также определен класс AsynchronousFileChannel для асинхронного чтения, записи и обработки файла. Как и FileChannel, он поддерживает операции усечения файла до заданного размера, принудительной записи обновлений файла на устройство хранения, а также получения блокировок всего файла или его определенной области. В отличие от FileChannel, он не определяет методы для прямого отображения области файла в память. Если требуется отображенный в память ввод-вывод, можно использовать FileChannel.

Асинхронные каналы связываются с группой асинхронных каналов для совместного использования ресурсов. С группе сопоставлен объект ExecutorService, которому отправляются задачи для обработки событий ввода-вывода и вызова обработчиков завершения, получающих результаты асинхронных операций, выполненных каналами этой группы. При создании канала группу можно указать явно или связать канал с группой по умолчанию. Опытные пользователи могут создать собственные группы асинхронных каналов или настроить ExecutorService, используемый для группы по умолчанию.

Как и в случае с селекторами, реализацию асинхронных каналов можно заменить, «подключив» альтернативное определение класса AsynchronousChannelProvider или его экземпляр, определенный в пакете java.nio.channels.spi. Предполагается, что этой возможностью воспользуется немного разработчиков; она предназначена главным образом для опытных пользователей, которым необходимо задействовать специфичные для операционной системы механизмы асинхронного ввода-вывода для достижения очень высокой производительности.

Если не указано иное, передача аргумента null конструктору или методу любого класса или интерфейса в этом пакете приводит к выбрасыванию исключения NullPointerException.