【NIO】Socket 编程：基于NIO的Server、Client 示例

谁践踏了优雅 2022-12-30 03:35 133阅读 0赞

## 1.Server ##

import java.io.IOException;
    import java.net.InetSocketAddress;
    import java.nio.ByteBuffer;
    import java.nio.channels.*;
    import java.util.Iterator;
    import java.util.Set;
    
    public class Server {
        
       	  
        // Server全局共用一个选择器
        private Selector selector;
    
        // 所有连接共用一个读、写缓冲区
        // PS：所以每次读写前都要先清空缓冲区（clear）
        private ByteBuffer readBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        private ByteBuffer sendBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
     
        public void start() throws IOException {
        
            // 打开服务器套接字通道 
            ServerSocketChannel ssc = ServerSocketChannel.open();
            // 必须配置为非阻塞，该Channel才能往selector上注册，否则会报错，selector模式本身就是非阻塞模式 
            ssc.configureBlocking(false); 
            // 进行服务的绑定 
            ssc.bind(new InetSocketAddress("localhost", 8001));
            
            // 创建Selector对象
            selector = Selector.open();
            // 向Selector中注册感兴趣的事件（这里的ACCEPT就是新连接发生时所产生的事件）
            // 注：对于ServerSocketChannel 通道来说，我们唯一可以指定的参数就是OP_ACCEPT
            ssc.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
    
            // 当前只有 server 这一个线程，所以只要该线程不中断就能一直提供服务
            while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
        
                // 该调用会阻塞，直至至少有一个事件发生
                // 1.当有客户端来连接时，就会触发 ServerSocketChannel 的 ACCEPT 事件
                // 2.当客户端发送来消息时，就会触发 ServerSocketChannel 的 READ 事件
                // 3.当客户端读取了发送的消息时，就会触发 ServerSocketChannel 的 WRITE 事件
                selector.select();
                // 获取发生事件的 SelectionKey
                Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();
                // 迭代所有事件
                Iterator<SelectionKey> keyIterator = keys.iterator();
                while (keyIterator.hasNext()) {
        
                    // 拿到当前事件，根据事件类型进行相应处理
                    SelectionKey key = keyIterator.next(); 
                    if (!key.isValid()) {
         
                        continue; 
                    }
                    if (key.isAcceptable()) {
        
                        accept(key); 
                    } else if (key.isReadable()) {
         
                        read(key); 
                    } else if (key.isWritable()) {
        
                        write(key);
                    }
                    // 丢弃已经处理过的事件
                    keyIterator.remove();
                } 
            } 
        }
    
        // 接收请求
        private void accept(SelectionKey key) throws IOException {
        
        	// 通过key拿到注册当前事件的Channel（因为是ACCEPT，所以只能是ServerSocketChannel ）
            ServerSocketChannel ssc = (ServerSocketChannel) key.channel();
            // accept返回一个包含新连接的SocketChannel，将会为当前client提供服务
            // NIO非阻塞体现：此处accept方法是阻塞的，但是这里因为是发生了连接事件，所以这个方法会马上执行完，不会阻塞
            SocketChannel clientChannel = ssc.accept();
            clientChannel.configureBlocking(false);
    
            // 将该socketChannel注册到Selector，绑定上READ事件
            clientChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
            System.out.println("a new client connected "+ clientChannel.getRemoteAddress());
        }
    
        // 读事件
        private void read(SelectionKey key) throws IOException {
        
            // 通过key拿到当前连接的 SocketChannel
            SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) key.channel();
    
            // 先清除缓冲区的数据，为本次要读的数据做准备
            this.readBuffer.clear();
    
            // 将通道中的数据读到缓冲区 readBuffer
            // numRead 记录读了多少字符
            int numRead = socketChannel.read(this.readBuffer);
            // 通过 buffer.array() 拿到buffer中的数组（没必要buffer.filp）
            String str = new String(readBuffer.array(), 0, numRead);
            System.out.println(socketChannel.getRemoteAddress() + " send message: " + str);
    
            // 将当前SocketChannel再注册上WRITE事件
            socketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE);
        }
    
        // 写事件
        private void write(SelectionKey key) throws IOException {
        
            SocketChannel channel = (SocketChannel) key.channel();
    
            // 先清除缓冲区的数据，为本次写数据做准备
            sendBuffer.clear();
            sendBuffer.put("Server ACK".getBytes());
            // 这里必须 filp()，因为 put() 后 position 等于消息的length，所以client拿到后无法再从这个缓冲区读出数据
            sendBuffer.flip();
    
            // 将缓冲区的数据写到SocketChannel
            channel.write(sendBuffer);
    
            // 给当前channel再注册上READ事件，为下次读它发送的内容做准备
            channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
        }
    
        public static void main(String[] args) throws IOException {
         
            System.out.println("Server started...");
            new Server().start(); 
        } 
    }

1.  创建一个 ServerSocketChannel 和 Selector ，并将 ServerSocketChannel 注册到 Selector 上
2.  selector 通过 select() 方法监听 channel 事件，当客户端连接时，selector 监听到连接事件， 获取到 ServerSocketChannel 注册时绑定的 selectionKey
3.  selectionKey 通过 channel() 方法可以获取绑定的 ServerSocketChannel
4.  ServerSocketChannel 通过 accept() 方法得到 SocketChannel
5.  将 SocketChannel 注册到 Selector 上，关心 read 事件
6.  注册后返回一个 SelectionKey, 会和该 SocketChannel 关联
7.  selector 继续通过 select() 方法监听事件，当客户端发送数据给服务端，selector 监听到 read 事件，获取到 SocketChannel 注册时绑定的 selectionKey
8.  selectionKey 通过 channel() 方法可以获取绑定的 socketChannel
9.  将 socketChannel 里的数据读取出来
10. 用 socketChannel 将服务端数据写回客户端

## 2.Client ##

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.SocketChannel;
    import java.util.Iterator;
    import java.util.Scanner;
    import java.util.Set;
    
    public class Client {
        
     
        ByteBuffer writeBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
        ByteBuffer readBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
    
        public void start() throws IOException {
        
            // 打开socket通道  
            SocketChannel sc = SocketChannel.open();
            // 设置为非阻塞
            sc.configureBlocking(false); 
            // 连接服务器地址和端口
            sc.connect(new InetSocketAddress("localhost", 8001));
            // 创建选择器
            Selector selector = Selector.open();
            // 注册连接服务器socket的CONNECT事件
            sc.register(selector, SelectionKey.OP_CONNECT);
            
            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
            // while (true)  保持连接，持续处理事件
            while (true) {
        
                // 该调用会阻塞，直至至少有一个事件发生
                // 比如上面 connect() 连接服务端成功就会触发 CONNECT 事件
                selector.select();
                // 获取发生事件的SelectionKey
                Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();
                // System.out.println("keys=" + keys.size());
                Iterator<SelectionKey> keyIterator = keys.iterator();
                while (keyIterator.hasNext()) {
        
                    // SelectionKey key = keyIterator.next();
                    keyIterator.remove();
                    // 连接事件
                    if (key.isConnectable()) {
        
                        System.out.println("OP_CONNECT");
                        sc.finishConnect();
    
                        System.out.println("Server connected...");
    
                        // 注册WRITE事件，准备读取用户输入
                        sc.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE);
    
                    // 写事件
                    } else if (key.isWritable()) {
        
                        // System.out.println("OP_WRITE");
                        System.out.print("please input message:");
                        String message = scanner.nextLine(); 
                        // 向缓冲区写数据前先清空
                        writeBuffer.clear();
                        writeBuffer.put(message.getBytes());
                        // 这里必须 filp()，因为 put() 后 position 等于消息的length，所以server拿到后无法再从这个缓冲区读出数据
                        writeBuffer.flip();
    
                        sc.write(writeBuffer); 
                        
    
                        // 注册读操作，下一次读取
                        sc.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
    
                      // 读事件
                    } else if (key.isReadable()){
        
                        // System.out.println("OP_READ");
                        System.out.print("receive message: ");
    
                        // 清空缓冲区
                        readBuffer.clear();
                        // 将通道中的数据读到缓冲区 readBuffer
                        // numRead 记录读了多少字符
                        int numRead = sc.read(this.readBuffer);
                        // 通过 buffer.array() 拿到buffer中的数组（没必要buffer.filp）
                        System.out.println(new String(readBuffer.array(),0, numRead));
    
                        // 将当前SocketChannel再注册上WRITE事件
                        sc.register(selector, SelectionKey.OP_WRITE);
                    }
                } 
            } 
        } 
     
        public static void main(String[] args) throws IOException {
         
            new Client().start(); 
        } 
    
    }

下面来演示一下，我们启动 Server，然后启动同时启动两个客户端  
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可以看到 NIO 可以完成同时对两个客户端提供服务，并且没有阻塞发生。

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