NIO编程
2018-09-17 本文已影响28人
yongguang423
Unblocking IO（New IO）： 同步非阻塞的编程方式。
NIO本身是基于事件驱动思想来完成的，其主要想解决的是BIO的大并发问题，NIO基于Reactor，当socket有流可读或可写入socket时，操作系统会相应的通知引用程序进行处理，应用再将流读取到缓冲区或写入操作系统。也就是说，这个时候，已经不是一个连接就要对应一个处理线程了，而是有效的请求，对应一个线程，当连接没有数据时，是没有工作线程来处理的。
NIO的最重要的地方是当一个连接创建后，不需要对应一个线程，这个连接会被注册到多路复用器上面，所以所有的连接只需要一个线程就可以搞定，当这个线程中的多路复用器进行轮询的时候，发现连接上有请求的话，才开启一个线程进行处理，也就是一个请求一个线程模式。
在NIO的处理方式中，当一个请求来的话，开启线程进行处理，可能会等待后端应用的资源(JDBC连接等)，其实这个线程就被阻塞了，当并发上来的话，还是会有BIO一样的问题。
image.png
同步非阻塞，服务器实现模式为一个请求一个通道，即客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器上，多路复用器轮询到连接有I/O请求时才启动一个线程进行处理。
NIO方式适用于连接数目多且连接比较短（轻操作）的架构，比如聊天服务器，并发局限于应用中，编程复杂，JDK1.4开始支持。
Buffer:ByteBuffer,CharBuffer,ShortBuffer,IntBuffer,LongBuffer,FloatBuffer,DoubleBuffer。
Channel:SocketChannel,ServerSocketChannel。
Selector:Selector,AbstractSelector
SelectionKey:OP_READ,OP_WRITE,OP_CONNECT,OP_ACCEPT
package com.bjsxt.socket.nio;
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Scanner;
public class NIOClient {
public static void main(String[] args) {
// 远程地址创建
InetSocketAddress remote = new InetSocketAddress("localhost", 9999);
SocketChannel channel = null;
// 定义缓存。
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
try {
// 开启通道
channel = SocketChannel.open();
// 连接远程服务器。
channel.connect(remote);
Scanner reader = new Scanner(System.in);
while(true){
System.out.print("put message for send to server > ");
String line = reader.nextLine();
if(line.equals("exit")){
break;
}
// 将控制台输入的数据写入到缓存。
buffer.put(line.getBytes("UTF-8"));
// 重置缓存游标
buffer.flip();
// 将数据发送给服务器
channel.write(buffer);
// 清空缓存数据。
buffer.clear();
// 读取服务器返回的数据
int readLength = channel.read(buffer);
if(readLength == -1){
break;
}
// 重置缓存游标
buffer.flip();
byte[] datas = new byte[buffer.remaining()];
// 读取数据到字节数组。
buffer.get(datas);
System.out.println("from server : " + new String(datas, "UTF-8"));
// 清空缓存。
buffer.clear();
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally{
if(null != channel){
try {
channel.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
package com.bjsxt.socket.nio;
import java.io.IOException;
import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.CancelledKeyException;
import java.nio.channels.SelectionKey;
import java.nio.channels.Selector;
import java.nio.channels.ServerSocketChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;
import java.util.Iterator;
import java.util.Scanner;
public class NIOServer implements Runnable {
// 多路复用器， 选择器。 用于注册通道的。
private Selector selector;
// 定义了两个缓存。分别用于读和写。 初始化空间大小单位为字节。
private ByteBuffer readBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
private ByteBuffer writeBuffer = ByteBuffer.allocate(1024);
public static void main(String[] args) {
new Thread(new NIOServer(9999)).start();
}
public NIOServer(int port) {
init(port);
}
private void init(int port){
try {
System.out.println("server starting at port " + port + " ...");
// 开启多路复用器
this.selector = Selector.open();
// 开启服务通道
ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();
// 非阻塞， 如果传递参数true，为阻塞模式。
serverChannel.configureBlocking(false);
// 绑定端口
serverChannel.bind(new InetSocketAddress(port));
// 注册，并标记当前服务通道状态
/*
* register(Selector, int)
* int - 状态编码
* OP_ACCEPT ： 连接成功的标记位。
* OP_READ ： 可以读取数据的标记
* OP_WRITE ： 可以写入数据的标记
* OP_CONNECT ： 连接建立后的标记
*/
serverChannel.register(this.selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
System.out.println("server started.");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public void run(){
while(true){
try {
// 阻塞方法，当至少一个通道被选中，此方法返回。
// 通道是否选择，由注册到多路复用器中的通道标记决定。
this.selector.select();
// 返回以选中的通道标记集合， 集合中保存的是通道的标记。相当于是通道的ID。
Iterator<SelectionKey> keys = this.selector.selectedKeys().iterator();
while(keys.hasNext()){
SelectionKey key = keys.next();
// 将本次要处理的通道从集合中删除，下次循环根据新的通道列表再次执行必要的业务逻辑
keys.remove();
// 通道是否有效
if(key.isValid()){
// 阻塞状态
try{
if(key.isAcceptable()){
accept(key);
}
}catch(CancelledKeyException cke){
// 断开连接。 出现异常。
key.cancel();
}
// 可读状态
try{
if(key.isReadable()){
read(key);
}
}catch(CancelledKeyException cke){
key.cancel();
}
// 可写状态
try{
if(key.isWritable()){
write(key);
}
}catch(CancelledKeyException cke){
key.cancel();
}
}
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
private void write(SelectionKey key){
this.writeBuffer.clear();
SocketChannel channel = (SocketChannel)key.channel();
Scanner reader = new Scanner(System.in);
try {
System.out.print("put message for send to client > ");
String line = reader.nextLine();
// 将控制台输入的字符串写入Buffer中。 写入的数据是一个字节数组。
writeBuffer.put(line.getBytes("UTF-8"));
writeBuffer.flip();
channel.write(writeBuffer);
channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
private void read(SelectionKey key){
try {
// 清空读缓存。
this.readBuffer.clear();
// 获取通道
SocketChannel channel = (SocketChannel)key.channel();
// 将通道中的数据读取到缓存中。通道中的数据，就是客户端发送给服务器的数据。
int readLength = channel.read(readBuffer);
// 检查客户端是否写入数据。
if(readLength == -1){
// 关闭通道
key.channel().close();
// 关闭连接
key.cancel();
return;
}
/*
* flip， NIO中最复杂的操作就是Buffer的控制。
* Buffer中有一个游标。游标信息在操作后不会归零，如果直接访问Buffer的话，数据有不一致的可能。
* flip是重置游标的方法。NIO编程中，flip方法是常用方法。
*/
this.readBuffer.flip();
// 字节数组，保存具体数据的。 Buffer.remaining() -> 是获取Buffer中有效数据长度的方法。
byte[] datas = new byte[readBuffer.remaining()];
// 是将Buffer中的有效数据保存到字节数组中。
readBuffer.get(datas);
System.out.println("from " + channel.getRemoteAddress() + " client : " + new String(datas, "UTF-8"));
// 注册通道， 标记为写操作。
channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_WRITE);
} catch (IOException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
try {
key.channel().close();
key.cancel();
} catch (IOException e1) {
e1.printStackTrace();
}
}
}
private void accept(SelectionKey key){
try {
// 此通道为init方法中注册到Selector上的ServerSocketChannel
ServerSocketChannel serverChannel = (ServerSocketChannel)key.channel();
// 阻塞方法，当客户端发起请求后返回。 此通道和客户端一一对应。
SocketChannel channel = serverChannel.accept();
channel.configureBlocking(false);
// 设置对应客户端的通道标记状态，此通道为读取数据使用的。
channel.register(this.selector, SelectionKey.OP_READ);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
package com.bjsxt.socket.nio;
import java.nio.ByteBuffer;
/**
*
* Buffer的应用固定逻辑
* 写操作顺序
* 1. clear()
* 2. put() -> 写操作
* 3. flip() -> 重置游标
* 4. SocketChannel.write(buffer); -> 将缓存数据发送到网络的另一端
* 5. clear()
*
* 读操作顺序
* 1. clear()
* 2. SocketChannel.read(buffer); -> 从网络中读取数据
* 3. buffer.flip() -> 重置游标
* 4. buffer.get() -> 读取数据
* 5. buffer.clear()
*
*/
public class TestBuffer {
public static void main(String[] args) throws Exception {
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(8);
byte[] temp = new byte[]{3,2,1};
// 写入数据之前 ： java.nio.HeapByteBuffer[pos=0 lim=8 cap=8]
// pos - 游标位置， lim - 限制数量， cap - 最大容量
System.out.println("写入数据之前 ： " + buffer);
// 写入字节数组到缓存
buffer.put(temp);
// 写入数据之后 ： java.nio.HeapByteBuffer[pos=3 lim=8 cap=8]
// 游标为3， 限制为8， 容量为8
System.out.println("写入数据之后 ： " + buffer);
// 重置游标 ， lim = pos ; pos = 0;
buffer.flip();
// 重置游标之后 ： java.nio.HeapByteBuffer[pos=0 lim=3 cap=8]
// 游标为0， 限制为3， cap为8
System.out.println("重置游标之后 ： " + buffer);
// 清空Buffer， pos = 0; lim = cap;
// buffer.clear();
// get() -> 获取当前游标指向的位置的数据。
// System.out.println(buffer.get());
/*for(int i = 0; i < buffer.remaining(); i++){
// get(int index) -> 获取指定位置的数据。
int data = buffer.get(i);
System.out.println(i + " - " + data);
}*/
}
}
