Java网络编程----NIO编程

古城微笑少年丶 2022-06-01 09:29 363阅读 0赞

**一.介绍**

**有人叫NIO为New IO,有的人把NIO叫做Nonblock IO,这里还是比较倾向于后者,非阻塞IO.NIO有几个重要的基本概念:Buffer(缓冲区),Channel(管道,通道),Selector(选择器,多路复用器).NIO的本质就是避免原始的TCP建立连接使用三次握手的操作,减少连接的开销.模型如下图:**

**![Center][]**

**1.1 Buffer**

Buffer是一个对象,它包括一些要写入或要读取的数据.在NIO类库中加入Buffer对象,体现了新库与原IO的一个重要区别 .在面向流的IO中,可以将数据直接写入或读取到Stream对象中.在NIO库中,所有数据都是用缓冲区处理的(读写).缓冲区实质上是一个数组,通常它是一个字节数组(ByteBuffer),也可以使用其他类型的数组.这个数组为缓冲区提供了数据的访问读写等操作属性,如位置,容量,上限等概念.

Buffer类型:我们最常用的就是ByteBuffer,实际上每种Java基本类型都对应了一种缓冲区(出了Boolean类型)

ByteBuffer

CharBuffer

ShortBuffer

IntBuffer

LongBuffer

FloatBuffer

DoubleBuffer

package com.east.nio;
    
    import java.nio.IntBuffer;
    
    /**
     * 
     * @author 
     */
    public class TestBuffer {
    
    	public static void main(String[] args) {
    		// TODO Auto-generated method stub
            //1.基本操作
    		
    		//创建指定长度的缓冲区
    		IntBuffer buf = IntBuffer.allocate(10);
    		buf.put(13);       //往缓冲区放元素
    		buf.put(21);
    		buf.put(35);
    		//把位置复位为0,也就是position位置: 3-->0
    		buf.flip();
    		System.out.println("使用filp复位: " + buf);
    		System.out.println("容量为 : " + buf.capacity());    //容量一旦初始化后不允许改变(Wrap方法包裹数组除外)
    		System.out.println("限制为 : " + buf.limit());       //由于只装载了三个元素,所以可读取或者操作的元素为3,即limit = 3
    		
    		System.out.println("获取下标为1的元素:" + buf.get(1));
    		System.out.println("get(index)方法,position位置不改变:" + buf);
    		buf.put(1,4);
    		System.out.println("put(index,change)方法,position位置不变: " + buf);
    		
    		for(int i=0; i<buf.limit(); i++){
    			//调用get方法会使其缓冲区位置(position)向后递增一位
    			System.out.println(buf.get() + "\t");
    		}
    		System.out.println("buf对象遍历之后为:" + buf);
    		
    		//2 wrap方法使用
    		
    		//wrap方法会包裹一个数组:一般这种用法不会先初始化缓存对象的长度,因为没有意义,最后还会被wrap所包裹的数组覆盖掉
    		//并且wrap方法修改缓冲区对象的时候,数组本身也会跟着发生变化
    		int [] arr = new int [] {1,2,5};
    		IntBuffer buf1 = IntBuffer.wrap(arr);
    		System.out.println(buf1);
    		
    		IntBuffer buf2 = IntBuffer.wrap(arr, 0, 2);
    		//这样使用表示容量为数组arr的长度,但是可操作的元素只有实际进入缓冲区的元素长度
    		System.out.println(buf2);
    		
    		//3.其他方法
    		IntBuffer buf1 = IntBuffer.allocate(10);
    		int [] arr = new int []{1,2,5};
    		buf1.put(arr);
    		System.out.println(buf1);
    		
    		//一种复制方法
    		IntBuffer buf3 = buf1.duplicate();
    		System.out.println(buf3);
    		
    		//设置buf1的位置属性
    		//buf1.position(0);
    		buf1.flip();
    		System.out.println(buf1);
    		
    		System.out.println("可读数据为: " + buf1.remaining());
    		
    		int [] arr2 = new int [buf1.remaining()];
    		//将缓冲区数据放入到arr2数组中去
    		buf1.get(arr2);
    		for(int i : arr2){
    			System.out.print(Integer.toString(i) + ",");
    		}
    	}
    
    }

**1.2 Channel**

通道(Channel),它就像自来水管道一样,网络数据通过Channel读取和写入,通道与流的不同之处在于通道是双向的,而流只是一个方向上移动(一个流必须是InputStream或者OutputStream的子类),而通道可以用于读,写或者二者同时进行,最关键的是可以与多路复用器结合起来,有多种的状态位,方便多路复用器去识别.事实上通道分为两大类,一类是网络读写(SelectableChannel),一类用于文件操作(FileChannel),我们使用的SocketChannel和ServerSocketChannel都是SelectableChannel的子类

**1.3 Selector(一)**

多路复用器(Selector),它NIO编程的基础,非常重要.多路复用器提供选择已经就绪的任务的能力.简单地说,就是Selector会不断地轮询注册在其上的通道(Channel),如果某个通道发生了读写操作,这个通道就处于就绪状态,会被Selector轮询出来,然后通过SelectionKey可以取得就绪的Selector集合,从而进行后续的IO操作.

一个多路复用器(Selector)可以负责成千上万的Channel通道,没有上限.这也是JDK使用了epoll代替了传统的select实现,获得连接句柄没有限制.这也意味着我们只要一个线程负责Selector的轮询,就可以接入成千上万的客户端,这也是JDK NIO库的巨大进步.

**1.4 Selector(二)**

Selector线程就类似一个管理者(Master),管理了成千上万个管道,然后轮询那个管道的数据已经准备好,通知CPU执行IO的读取和写入操作.

Selector模式:当IO事件(管道)注册到选择器以后,Selector会分配给每个管道一个Key值,相当于标签.Selector选择器是以轮询的方式进行查找注册的所有IO事件(管道),当我们的IO事件(管道)准备就绪后,Select就会识别,会通过Key值来找到相应的管道,进行相关的数据处理操作(从管道里读或写数据,写到我们的数据缓冲区中)

每个管道都会对选择器进行注册不同的事件状态,以便选择器查找,

SelectionKey.OP\_CONTENT

SelectionKey.OP\_ACCEPT

SelectionKey.OP\_READ

SelectionKey.OP\_WRITE

**二.NIO编程示例**

package com.east.nio.modou;
    
    import java.io.IOException;
    import java.net.InetSocketAddress;
    import java.nio.ByteBuffer;
    import java.nio.channels.SelectionKey;
    import java.nio.channels.Selector;
    import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
    import java.nio.channels.SocketChannel;
    import java.util.Iterator;
    
    public class Server implements Runnable {
    
    	//1.多路复用器(管理所有的通道)
    	private Selector selector;
    	//2.建立缓冲区
    	private ByteBuffer readBuf = ByteBuffer.allocate(1024);
    	//3.
    	private ByteBuffer writeBuf = ByteBuffer.allocate(1024);
    	
    	public Server(int port) {
    		try {
    			//1.打开多路复用器
    			this.selector = Selector.open();
    			//2.打开服务器通道
    			ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
    			//3.设置服务器通道为非阻塞模式
    			ssc.configureBlocking(false);
    			//4.绑定地址
    			ssc.bind(new InetSocketAddress(port));
    			//5.把服务器通道注册到多路复用器上,并且监听阻塞事件
    			ssc.register(this.selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
    			System.out.println("Server Start,Port :" + port);
    		} catch (IOException e) {
    			// TODO Auto-generated catch block
    			e.printStackTrace();
    		}
    		// TODO Auto-generated constructor stub
    	}
    
    	@Override
    	public void run() {
    		// TODO Auto-generated method stub
           while(true){
        	   try {
        		//1.必须要让多路复用器开始监听
    			this.selector.select();
    			//2.返回多路复用器已经选择的结果集
    			Iterator<SelectionKey> keys = this.selector.selectedKeys().iterator();
    			//3.进行遍历
    			while(keys.hasNext()){
    				//4.获取一个选择的元素
    				SelectionKey key = keys.next();
    				//5.如果有.则直接从容器中移除
    				keys.remove();
    				//6.如果是有限的
    				if(key.isValid()){
    					//7.如果为阻塞状态
    					if(key.isAcceptable()){
    						this.accept(key);
    					}
    					
    					//8.如果为可读状态
    					if(key.isReadable()){
    						this.read(key);
    					}
    					
    					//9.写数据
    					if(key.isWritable()){
    						//this.write(key);           //ssc
    					}
    				}
    			}
    			
    		} catch (IOException e) {
    			// TODO Auto-generated catch block
    			e.printStackTrace();
    		}
        	   
           }
    	}
    
    	private void accept(SelectionKey key){
    		try {
    			//1.获取服务通道
    			ServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel) key.channel();
    			//2.执行阻塞方法(等待客户端的通道)
    			SocketChannel sc = ssc.accept();
    			//3.设置阻塞模式
    			sc.configureBlocking(false);
    			//4.注册到多路复用器上,并设置读取标识
    			sc.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ);
    			
    		} catch (IOException e) {
    			// TODO Auto-generated catch block
    			e.printStackTrace();
    		}
    	}
    	
    	private void read(SelectionKey key){
    		try {
    			//1.清空缓冲区旧的数据
    			this.readBuf.clear();
    			//2.获取之前注册的socket通道对象
    			SocketChannel sc = (SocketChannel) key.channel();
    			//3.读取数据
    			int count = sc.read(this.readBuf);
    			//4.如果没有数据
    			if(count == -1){
    				key.channel().close();
    				key.cancel();
    				return ;
    			}
    			//5.有数据则进行读取,读取之前需要进行复位方法(把poition和limit进行复位)
    			this.readBuf.flip();
    			//6.根据缓冲区的数据长度创建相应大小的byte数组,接受缓冲区数据
    			byte [] bytes = new byte[this.readBuf.remaining()];
    			//7.接受缓冲区数据
    			this.readBuf.get(bytes);
    			//8.打印结果
    			String body = new String(bytes).trim();
    			System.out.println("Server :" + body);
    			
    			//9.可以给客户端写数据... 
    		} catch (Exception e) {
    			// TODO Auto-generated catch block
    			e.printStackTrace();
    		}
    		
    	}
    	
    	public static void main(String[] args) {
    		new Thread(new Server(8765)).start();
    	}
    }

package com.east.nio.modou;
    
    import java.io.IOException;
    import java.net.InetSocketAddress;
    import java.nio.ByteBuffer;
    import java.nio.channels.SocketChannel;
    
    /**
     * 使用NIO实现一边写数据,一边读数据
     * @author lhy
     *
     */
    public class Client {
        //需要一个Selector
    	public static void main(String[] args) {
    		// TODO Auto-generated method stub
            //创建连接的地址
    		InetSocketAddress address = new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8765);
    		
    		//声明连接通道
    		SocketChannel sc = null;
    		
    		//建立缓冲区
    		ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
    		
    		try {
    			//打开通道
    			sc = SocketChannel.open();
    			//进行连接
    			sc.connect(address);
    			
    			while(true){
    				//定义一个字节数组
    				byte [] bytes = new byte [1024];
    				System.in.read(bytes);
    				
    				/*
    				 * 关键的步骤
    				 */
    				//把数据放到缓冲区中
    				buf.put(bytes);
    				//对缓冲区进行复位
    				buf.flip();
    				//写出数据
    				sc.write(buf);
    				//清空缓冲区数据
    				buf.clear();
     			}
    		} catch (IOException e) {
    			// TODO Auto-generated catch block
    			e.printStackTrace();
    		} finally {
    			if(sc != null){
    				try {
    					sc.close();
    				} catch (IOException e) {
    					// TODO Auto-generated catch block
    					e.printStackTrace();
    				}
    			}
    		}
    	}
    
    }

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